Feladat: 1543. fizika feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Bagoly Zsolt ,  Gombás László 
Füzet: 1979/november, 173 - 174. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Hidrosztatikai nyomás, Arkhimédész törvénye, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1978/december: 1543. fizika feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

A feladat szerint a kémcső mindkét helyzetben lebeg. Tehát a benne levő vízmennyiség ugyanakkora. Ez azonban csak úgy lehetséges, ha az elmerüléshez a nyomást csökkentjük, hiszen a hidrosztatikai nyomás megnőtt hγ-val (h=25cm, γ a víz fajsúlya). A feladat kérdésfeltevése tehát nem reális. Ahhoz, hogy a búvár 25cm mélységben lebegjen, a nyomást csökkenteni kellene hγ=0,25N/cm2 értékkel.

 
 

Tegyük fel, hogy egyensúlyt állítottunk be, a búvár lebeg a vízben. Vizsgáljuk meg az egyensúly stabilitását! Ha kicsivel lejjebb kerül a búvár, a benne levő levegő nyomása megnő, több víz hatol bele, azaz elindul lefelé. Ha kicsivel feljebb kerül, felfelé indul el. Így ez az egyensúly instabil.
A teljes folyamat úgy valósítható meg, hogy kezdetben nagyon kicsi túlnyomást alkalmazunk, hogy a búvár elinduljon, majd a nyomást olyan mértékben csökkentjük, hogy a lefelé haladás sebessége végig nagyon kicsi legyen (kvázistacionárius folyamat), majd a 25cm-es mélység elérésekor az előbb meghatározott értéken rögzítjük a nyomást, és megpróbáljuk az instabil egyensúlyi helyzetet megtartani.
Így a példatárban olvasható példa helyesen valószínűleg úgy hangzott, hogy kezdetben a búvár a víz felszínén kicsit kiemelkedve úszott, a nyomás növelésével egyre lejjebb süllyedt, majd amikor teljesen elmerült, elkezdett lefelé haladni egészen addig, amíg el nem érte az edény alját. A búvár teljesen víz alá kerülése után a külső nyomást már nem növeltük. Jól beállított rendszernél elképzelhető, hogy a membrán elengedése után a búvár ismét a felszínre kerül. Természetesen a stabil lebegés elképzelhetetlen.
 

 Bagoly Zsolt (Szombathely, Nagy Lajos Gimn., III. o. t.)
 
Megjegyzés. A búvár házilag is igen egyszerűen megvalósítható. Például vízzel telt kémcsőbe gyufafejet helyezünk, a kémcső száját befogjuk, és hüvelykujjunkkal nyomást gyakorlunk a vízre. Ekkor a gyufafej búvárként mozog. Azért alkalmas erre, mert likacsos szerkezetű, és az apró lyukakban (a víz felületi feszültsége miatt) a víz alatt is marad levegő.
 

 Gombás László (Komárom, Jókai M. Gimn., III. o. t.)