Kenapa Air Naik dalam Penyedut Minuman?

Kita biasa berkata bahawa kita menyedut air naik melalui penyedut minuman. Dari sudut fizik, gambaran itu belum lengkap. Tindakan mulut menurunkan tekanan di bahagian atas penyedut. Pada masa yang sama, udara atmosfera masih menekan permukaan minuman di dalam bekas. Perbezaan tekanan inilah yang menggerakkan cecair ke atas.

Nota Istilahtekanan atmosfera: Tekanan yang dikenakan oleh udara atmosfera pada permukaan. Tekanan bertindak dalam semua arah dan berubah mengikut keadaan serta ketinggian.

Apabila tekanan tidak lagi sama

Sebelum diminum, penyedut yang terbuka mengandungi udara pada tekanan hampir sama dengan udara sekeliling. Apabila mulut menurunkan tekanan di hujung atas, tekanan pada permukaan minuman di luar penyedut menjadi lebih besar daripada tekanan di bahagian atas lajur cecair. Cecair lalu bergerak naik sehingga perbezaan tekanan menampung kesan berat lajur cecair dan, ketika cecair mengalir, kehilangan tekanan akibat aliran.

Mulut menurunkan tekanan di bahagian atas penyedut. Tekanan atmosfera yang lebih tinggi pada permukaan minuman kemudian menolak cecair naik. Rajah konseptual, tidak mengikut skala.

Ada had kepada ketinggian

Semakin tinggi cecair perlu naik, semakin besar perbezaan tekanan yang diperlukan untuk menyokong berat lajurnya. Walaupun tekanan di atas lajur air dapat dikurangkan hampir kepada vakum, tekanan atmosfera di aras laut hanya mampu menyokong lajur air kira-kira 10 meter dalam keadaan ideal. Penyedut harian jauh lebih pendek daripada had ini.

Skala TekananBagi air dalam keadaan ideal berhampiran aras laut, had hidrostatik sekitar 10.3 meter diperoleh apabila tekanan mutlak di bahagian atas lajur menghampiri sifar. Dalam penggunaan sebenar, kehilangan aliran dan kemampuan mulut menjadikan had praktikal lebih rendah.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?

Bagaimana kita tahu?

Pemerhatian
Cecair naik dalam penyedut apabila tekanan di hujung atas dikurangkan, dan berhenti naik apabila perbezaan tekanan tidak mencukupi.
Bukti
Eksperimen hidrostatik dan demonstrasi penyedut menunjukkan bahawa ketinggian lajur cecair berkait dengan perbezaan tekanan antara permukaan cecair dan bahagian atas lajur.
Inferens
Gerakan ke atas tidak memerlukan daya tarikan misteri. Tekanan yang lebih besar pada permukaan minuman menghasilkan daya bersih yang menolak cecair ke kawasan bertekanan lebih rendah.
Model
Untuk lajur cecair pegun, beza tekanan berkait dengan ketumpatan cecair, graviti dan beza ketinggian. Apabila cecair mengalir, kelikatan dan geometri penyedut turut mempengaruhi aliran.
Batasan
Model ringkas mengabaikan kehilangan tekanan akibat geseran, perubahan tekanan atmosfera dan butiran aliran dalam penyedut. Nilai sekitar 10 meter ialah had ideal bagi air berhampiran aras laut, bukan kemampuan biasa manusia.

Uji KefahamanSoalan 1 daripada 3

Apakah yang mula-mula dilakukan oleh mulut ketika minum melalui penyedut?