Аеропрес і рідина, що не виливається

Коли я зібрався вперше приготувати каву в аеропресі та переглядав рецепт, мене здивувало те, як суміш кави і води перестає виливатися:

Джерело: Рецепт Тіма Вендельбо на AeroPrecipe

У цей момент стало зрозуміло, що мені бракує знань із фізики. Захотілося розібратися: як це сила тяжіння не може притягнути такий великий обʼєм рідини? Відповідь, що «це як соломинка, яку закрили пальцем» не зараховувалась, тому що як вода тримається у соломинці я теж нормально пояснити не міг.

Дисклеймер: Я постарався добре розібратися у проблемі, але у цій статті все одно можуть бути неточності. Якщо ви їх побачите — будь ласка, залиште коментар.

Розбираємось

Найголовніший чинник — це те, що у ємності з кавовою сумішшю та за її межами встановився різний тиск:

  • Поршень аеропресу герметично закриває верхню частину циліндра з рідиною. Повітря не може потрапити всередину.
  • Після встановлення поршня, рідина деякий час продовжувала литися у скляний сервер. За цей час у циліндрі не стало більше повітря, але збільшився його обʼєм. Повітря стало розрідженим.
  • Коли у повітря зʼявилося більше простору, воно стало тиснути на кавову суміш слабше. Тиск усередині ємності став менший за атмосферний.
  • Атмосферний тиск сильний [1] і діє в усіх напрямках [2], зокрема вгору, на нашу рідину. Цей тиск, що тепер більший за тиск всередині, балансує силу тяжіння. Встановлюється рівновага, рідина більше не ллється.

Щоб зрозуміти ідею краще, уявить дві долоні, що лежать одна на одній, і тиснуть одна на одну з однаковою силою, отже не рухаються ані вгору, ані вниз. Проігноруємо тяжіння та інші сили для простоти. Тепер віднімемо трохи сили у верхньої долоні. Якщо нижня долоня продовжить тиснути як і раніше, обидві долоні почнуть рухатись угору.


Також важливо, що знизу аеропреса є сітчата кришка. Вона зменшує площу поверхні рідини, що контактує із зовнішнім середовищем.

Сітчата кришка аеропресу
Паперові фільтри, що використовуються для приготування кави в аеропресі, дають додатковий ефект, але експеримент можна відтворити і без фільтра.

Якби кришки не було, вода не змогла б утриматись і вилилася. Завдяки кришці і поверхневому натягу, рідина утримується в комірках кришки, не впускаючи повітря всередину.

Додаткові матеріали

  1. Над рівнем моря величина атмосферного тиску становить біля 10 (десяти) тон на квадратний метр. Ми не відчуваємо цього величезного тиску завдяки рівновазі — із середини нашого тіла назовні діє приблизно такий самий тиск.

    Див. також: Магдебурзькі півкулі  ↩

  2. Щоб переконатися що це так, уявіть мʼяч. Коли він накачаний повітрям, він набуває круглої форми саме через те, що молекули повітря тиснуть в усіх напрямках. Якби тиск діяв інакше, накачаний мʼяч не був би сферичним.  ↩

Конвертуйте лють в донати

З початку війни фонд Med Help Dnipro допомагає українським лікарям рятувати людей та боротися з наслідками біди, яку щодня приносить нам держава-терорист.

Співзасновник фонду — Саша Бучков, мій близький друг. Тому впевнений, що кожна гривня йде на корисну справу.

Запрошую вас зробити свій внесок у перемогу України.

English Grammar in Use Мовні упередження