Να γιατί ένα κιλό ατσάλι είναι τελικά πιο βαρύ από ένα κιλό πούπουλα

Σε κάποια φάση της ζωής σας, πιθανότατα όταν ήσασταν νεότεροι, κάποιος σας υπέβαλε τον κλασικό γρίφο: «τι είναι πιο βαρύ, ένα κιλό ατσάλι ή ένα κιλό πούπουλα;». Η προφανής απάντηση που διδάσκονται όλοι είναι ότι ζυγίζουν το ίδιο, αφού και τα δύο έχουν μάζα ακριβώς ενός κιλού.

Ωστόσο, αν αναλύσει κανείς το ζήτημα με την αυστηρότητα της Φυσικής, αποδεικνύεται ότι το ατσάλι είναι τελικά πιο βαρύ.

Η αόρατη δύναμη της άνωσης στον αέρα
Εάν τοποθετήσουμε ένα κιλό ατσάλι και ένα κιλό πούπουλα στους δίσκους μιας ζυγαριάς μέσα σε συνθήκες απόλυτου κενού, η ζυγαριά θα παραμείνει απόλυτα ισορροπημένη. Και τα δύο σώματα έχουν την ίδια μάζα και δέχονται την ίδια βαρυτική έλξη από τη Γη.

Τα πράγματα αλλάζουν μόλις μεταφέρουμε τη ζυγαριά εκτός κενού, μέσα στην ατμόσφαιρα. Η αιτία βρίσκεται στη δύναμη της άνωσης, η οποία δεν ασκείται μόνο στο νερό αλλά σε κάθε ρευστό, συμπεριλαμβανομένου του αέρα. Επειδή τα πούπουλα έχουν πολύ μεγαλύτερο όγκο από το ατσάλι για την ίδια μάζα, εκτοπίζουν πολύ περισσότερο αέρα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να δέχονται μεγαλύτερη δύναμη άνωσης προς τα πάνω, η οποία ελαττώνει το καθαρό τους βάρος στη ζυγαριά.


Τι έδειξαν οι υπολογισμοί και τα πειράματα
Η πυκνότητα των πούπουλων είναι σημαντικά χαμηλότερη από εκείνη του ατσαλιού. Ένα κιλό πούπουλων καταλαμβάνει όγκο 751 κυβικών εκατοστών, ενώ ένα κιλό ατσαλιού καταλαμβάνει μόλις 127 κυβικά εκατοστά.

Στην ατμόσφαιρα, η άνωση μειώνει το βάρος των πούπουλων στα 999,08 γραμμάρια, ενώ το βάρος του ατσαλιού διαμορφώνεται στα 999,85 γραμμάρια. Η διαφορά είναι υπαρκτή και μετρήσιμη.

Το φαινόμενο επιβεβαιώθηκε και πειραματικά το 2014, όταν ερευνητές τοποθέτησαν αντικείμενα διαφορετικού όγκου σε ζυγαριά ακριβείας. Μόλις άρχισαν να αφαιρούν τον αέρα από τον θάλαμο, το σώμα με τον μεγαλύτερο όγκο άρχισε να φαίνεται βαρύτερο, αποδεικνύοντας ότι στην ατμόσφαιρα η ζυγαριά δείχνει διαφορετικές τιμές.

Ένας πονοκέφαλος για τους επιστήμονες
Αν και η διαφορά αυτή φαίνεται αμελητέα στην καθημερινότητα, αποτελεί καθοριστικό παράγοντα για τους μετρολόγους. Το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας των ΗΠΑ επισημαίνει ότι η διόρθωση λόγω της άνωσης του αέρα είναι η μεγαλύτερη πηγή σφάλματος κατά τη μέτρηση μάζας υψηλής ακρίβειας.

Στο τέλος της ημέρας, όλα εξαρτώνται από το πώς ορίζει κανείς το «βάρος». Αν ορίσουμε ως βάρος την ένδειξη μιας ζυγαριάς στην επιφάνεια της Γης, τότε ένα κιλό ατσάλι είναι πράγματι βαρύτερο από ένα κιλό πούπουλα.

www.gazzetta.gr