početak

položaj

upute

pojmovnik

Da bismo razumjeli kako papir može držati vodu u preokrenutoj čaši, trebamo razjasniti koliki je tlak unutar čaše, a koliki izvan čaše.

U čaši se nalazi većim dijelom voda, manjim dijelom zrak.

Koliki je tlak u čaši kada ona stoji uspravno?

Voda svojom težinom pritišće dno čaše. Što je više vode u čaši, to je njena težina veća, pa je i tlak vode veći. No, kada čaša stoji uspravno, iznad vode se nalazi i zrak. Već smo naučili da i zrak pritišće. Tlak zraka prenosi se na vodu pa je ukupni tlak na dnu čaše jednak zbroju tlaka zraka i tlaka vode.

Tlak zraka je približno stalan, to je atmosferski tlak koji iznosi oko 100 000 Pa. Možemo li izračunati i tlak vode? Tlak koji se stvara zbog težine vode (hidrostatički tlak), može se jednostavno iskazati kao:

p = ρ g h

gdje je ρ gustoća vode (ρ =1000 kg/m³), h je visina stupca vode (dubina vode), a g ubrzanje slobodnoga pada (g ≈ 10 m/s²).

Ako je visina stupca (dubina) vode u čaši npr. 7 cm, hidostatički tlak vode na dnu čaše iznosi:

p ≈ 1000 kg/m³∙10 m/s²∙0,07 m ≈ 700 Pa.

Primijeti je tlak zraka 150 puta veći od tlaka vode u čaši.

Zbrojimo li hidrostatički tlak vode s tlakom zraka, dobijemo ukupni tlak na dnu uspravne čaše od 100 700 Pa.

Što se dogodi kada na čašu stavimo papir i preokrenemo ju?

Pritiskanjem papira dlanom istisnemo malo zraka iz čaše pa je sada tlak zraka ''zarobljenog'' u čaši malo manji od atmosferskog tlaka. Nakon okretanja čaše, prema gore djeluje zrak tlačnom silom, a djeluju i međumolekulske sile (adhezijske sile između molekula vode i papira te između molekula papira i vlažnoga stakla te kohezijske sile između molekula vode). Odozgo djeluju voda i malo razrijeđen zrak iznad nje. Voda ne istječe jer su sile odozdo veće od sila odozgo pa je rezultanta svih sila na papir usmjerena prema gore što se vidi po uleknuću papira.
A što se dogodi ako se čaša do vrha napuni vodom? Hoće li tada papir zadržati vodu u preokrenutoj čaši?
Kada se čaša do vrha napunjena vodom pokrije papirom pa se preokrene, s gornje strane na papir djeluje samo tlačna sila vode koja je oko 150 puta manja od tlačne sile zraka ispod papira pa će se papir još jače ''prilijepiti'', više se uleknuti i također zadržati vodu da ne isteče.