“La un moment dat, la vârsta de opt ani, i-a spus mamei sale că vrea să picteze aerul.”

(Vladimir Nabokov)

 Invizibilul palpabil

Spre marea dezamăgire a părinților mei, nu m-am dat niciodată în vânt după dans, mai exact după dansatul la petreceri. Lucru care li se pare destul de ciudat, pentru că mereu mă întreabă “dar tu cum te distrezi la petreceri?”. Aia e, nu pot oamenii să fie perfecți. Când eram mic ursitoarele m-au pus să aleg: ori rămân cu dansatul, ori cu un blog despre știință. Așa că l-am ales pe ultimul, dar TU cel mai probabil ai ales prima variantă și știi să dai din daleatucuerpoalegriamacarena ca nimeni altcineva și te felicit.

Când dansezi și dai din mâini și picioare, dacă nu ai ghinionul să dai cu ele într-un zid sau peste fața cuiva, ești liber să te miști cum vrei, fără să existe ceva care să opună rezistență. Aerul, săracul, este ignorat când vine vorba de chestii de genul ăsta: invizibil și imaterial, mai să zici că nu există, că nu este o chestie ca mine și ca tine, ci o închipuire. Dar fix asta nu e.

Atmosfera Pământului este compusă din 78% azot, 21% oxigen, 0,9% argon și 0,03% alte elemente chimice. Ea este compusă din miliarde și miliarde (nu e un număr exact, e posibil să fie mult mai multe, așa că ia numărul ăsta ca pe o figură de stil) de atomi. Atomii ăștia, însă, sunt atomi cu masă. Chit că tu treci prin ei mai ușor ca un cuțit încins printr-o bucată de unt, la modul fundamental atomii care compun atmosfera (aerul din jurul tău) sunt la fel ca atomii care te compun pe tine sau orice te înconjoară: au o masă (“greutate”, în termeni populari). Sunt materie!

Tu nu simți asta, dar aerul ăsta din jurul tău are o masă. În fiecare moment al existenței tale, atomii tăi își fac loc printre alți atomi care apasă pe tine. Chit că tu nu simți nimic, atmosfera care stă pe suprafața Pământului (atrasă de gravitația planetei) are vreo 5,15*10¹⁸ Kg în total (1,033 Kg/cm², adică). Trei sferturi din multele astea kilograme sunt concentrate în primii 11 Km înălțime ai atmosferei, pentru că pe măsură ce te avânți în spațiu, aceasta se rarefiază.

Repet ce am spus mai sus, că poate nu am fost mai explicit. Masa aerului ăluia invizibil și imperceptibil care apasă pe suprafața Pământului (deci și pe tine) este în total de

5.150.000.000.000.000.000 Kilograme

Nu e uimitor?! Cine ar fi crezut că aerul ăsta pe care abia îl simți (presupunând că nu lipsește cu desăvârșire) apasă pe fiecare centimetru pătrat al corpului tău cu 1,033 Kg? Motivul pentru care nu îl simți, însă, este pentru că aerul este by definition în stare gazoasă, nu solidă (ca noi), nici măcar lichidă. Asta înseamnă că spre deosebire de atomii din corpul meu și corpul tău, atomii din atmosferă nu sunt atât de strâns legați unul de celălalt (adică legăturile dintre atomi nu sunt foarte puternice, am vorbit mai multe despre ele în postarea Universul e făcut din piese Lego), ceea ce le permite să fie foarte ușor dați la o parte. Am explorat mai în detaliu substanțele în stare gazoasă, lichidă și solidă în postarea Au venit căldurile.

 Universul nesuferit

Universul este foarte ciudat și contraintuitiv, d-aia a și durat atâta timp să înțelegem niște chestii pe care acum le luăm de bune. Cu toate acestea, este destul de categoric în ceea ce privește o grămadă de lucruri (pe care noi le numim “legi ale fizicii”). Unul din cele mai importante lucruri pe care ar trebui să le știi despre el este că:

Universul detestă vidul.

(Horror vacui.)

Și asta o face cu o pasiune cum rar mai vezi în ziua de azi în orice cuplu de îndrăgostiți. Vezi tu, vidul este spațiu gol. Tu dacă iei acuma o cutie și o închizi etanș, chit că pare goală, ea tot are milioane de atomi de azot, hidrogen, oxigen, argon etc care se află în ea. Fizic vorbind, nu este goală, nu e vid. Vidul, însă, este atunci când într-un spațiu nu se află pic de materie (adică atomi cu masă).

[Scurtă paranteză: acum pedanții or să-mi sară în cap că “minți cu nerușinare! Vidul nu este gol, că sunt acolo particule subatomice care împrumută energie ca să apară, iar apoi dispar instant și blablabla!” Corect! Problema este, însă, că asta ne bagă în fizica cuantică și, să fim cinstiți, nici unul dintre noi nu o înțelege, și să ne apucăm să vorbim de asta ar însemna să deraiem în ultimul hal postarea. Pe lângă asta, noi vorbim aici de fizica clasică, de la nivelul atomic în sus, deci pentru ce discutăm noi, ideea că vidul este gol-goluț este perfect validă. Simplu și curat, nu e nevoie să ne complicăm.]

Cel mai simplu mod prin care poți să vezi toată chestia asta e să ei o sticlă de plastic și o conectezi la o pompă de aer puternică (sau orice poate să scoată aerul dintr-un recipient). Când pompa începe să tragă aerul din sticla de plastic, ea începe să se sucească și comprime în agonie. De ce? Pentru că pompa a scos toți atomii din sticlă, iar acolo s-a creat un vid, Universul tresare și începe să facăca^{(n-am vrut să evit cacofonia)} toate alea:

O STICLĂ VIDATĂ? VID?! LA MINE ÎN CASĂ?! ÎN NICI UN CAZ! DOAR ATUNCI CÂND OR ZBURA PORCII!!!

Moment în care încearcă să umple vidul ăla cum poate mai mult: împinge atomii de aer din jur în acel vid, astfel în cât să îl umple. Numai că vidul este înconjurat de un zid de plastic (sticla), deci automat aerul o să apese pe acest zid în încercarea de a năvăli peste vid. Dar dacă vidăm o sticlă din sticlă? O să se spargă, în încercarea Universului de a umple vidul? Nu, presupunând că ne aflăm la noi acasă. Oare s-a gândit Universul să facă o excepție? Nu! El tot încearcă din greu să umple vidul, dar sticla este mult mai rezistentă decât plasticul de mai devreme, deci nu e atât de ușor să o deformezi și, din păcate pentru Univers, presiunea aerului din jurul sticlei (practic, forța cu care apasă pe sticlă) este mult prea mică la nivelul mării (unde cel mai probabil îți ai casa și faci experimentul respectiv) astfel încât să umple vidul format. Vorbim imediat și de presiune, dar înainte de asta să mai vorbim un pic de cum ne folosim noi oamenii de fixația asta a Universului:

Era odată un om și-un pai…

Ideea site-ului Poveștiință (ăsta pe care te afli acum. Salut!) este că poți învăța o grămadă despre Univers și poți vedea chestii care să te lase mască în niște acțiuni și lucruri pe care în general le luăm de bune și le considerăm complet banale. Fix asta se întâmplă și când bei suc cu paiul. Ce se întâmplă în cazul ăsta?

Contrar a ceea ce crezi, în momentul în care ții un pai în gură și inspiri (pe gură), tu nu tragi sucul către tine. Sucul n-are nici o treabă cu tine, ci cu Universul. Vezi tu, în momentul în care bei suc cu paiul, tot ce faci este să extragi atomii de aer din pai, astfel încât să se creeze un vid. Sau, mai exact, scazi presiunea din pai (ceea ce numim vid parțial). Cum Universul detestă vidul și nu renunță nici o clipă la obsesia asta, cum simte că există pericolul să se formeze vid, o să încerce să umple urgent vidul format cu ce o apuca.

Din fericire, atmosfera apasă pe sucul din pahar cu o anumită presiune (ai puțină răbdare, că vorbim și de asta) și, în consecință, împinge sucul astfel încât să umple acel vid! (Sau, mă rog, tentativa aia de vid.) Deci tu doar tragi aerul din pai, scazi presiunea din el, după care lichidul se ridică singur, în încercarea de a umple vidul (parțial, repet) format.

Dar dacă iei un pai de 9 metri, îl ții vertical și inspiri adânc pe gură? Oricât de puternici ai avea plămânii, nu o să reușești să bei sucul din pahar. Nu te simți prost, nu e numai vina ta. Corect, nu ai destulă forță ca să extragi toți atomii de aer din pai. Astfel reușești să extragi doar o parte din ei și se formează un vid parțial, vid care este instant umplut de suc. Dar e parțial, deci sucul nu prea are unde să se ducă, dincolo de o limită de 1-3 metri. Și dacă ai putea să scoți toți atomii din pai, tot nu s-ar ridica sucul foarte mult, deoarece presiunea atmosferică de la nivelul mării nu este foarte puternică. Ar împinge și ea cât ar putea și cam atât.

Oamenii au înțeles cum stă treaba și au început să folosească fixația asta a Universului în favoarea lor: pompele de apă funcționează la fel. O pompă de apă extrage, de fapt, atomii de aer din furtun și creează un vid parțial (practic, o presiune scăzută), moment în care apa dă pur și simplu năvală, în încercarea de a echilibra presiunea și a opri tentativa asta de vid.

 Cum să numeri atmosfera

După cum am mai vorbit și în postările Limbajul Realității și Cum știm ce știm, unul din cele mai puternice lucruri pe care le putem face cu ajutorul metodei științifice și matematicii este să cuantificăm Universul, adică să îl numărăm, să îl măsurăm. Poate nu îți dai seama, dar tot ce ai tu în jurul tău acum se datorează în parte datorită faptului că putem cuantifica lucruri văzute și nevăzute, cum ar fi greutatea unui corp, masa acestuia, temperatura lui etc. Pe scurt, abilitatea de a măsura un lucru ne conferă o putere nemărginită. Vorba lui Galileo Galilei:

Măsoară ce e măsurabil și fă să fie măsurabil ceea ce nu se poate măsura.

Având în vedere asta, este oare de mirare că omenirea a încercat să măsoare (și a și reușit), presiunea aerului din atmosfera Pământului? Hai să explicăm termenii mai întâi:

• Presiunea este o mărime fizică scalară (adică poate fi măsurată) care măsoară forța care este aplicată perpendicular pe o suprafață. Știu că e limbaj de lemn, dar e foarte important să o redau cum e de fapt. Practic, este raportul dintre forța care apasă pe o suprafață și suprafața pe care apasă forța respectivă (astfel p=F/S, presiune=Forța/Suprafață) și se măsoară în pascali (Pa). 1 Pa=1N/m² (adică un pascal este egal cu o forță de un newton care apasă pe o suprafață de un metru pătrat);
• Presiunea atmosferică este presiunea exercitată de aerul din atmosferă asupra suprafaței terestre;

Da, secțiunea este un pic mai tehnică, dar e super important să știi și chestiile astea. O să ne concentrăm pe presiunea atmosferică acum, pentru că de ea am vorbit de-a lungul postării. După cum ai văzut, Universul, când vrea să anuleze vidul, se folosește de aerul din jur (sau ce orice alt tip de materie se află prin apropiere). În funcție de locul în care te afli în Univers, atmosfera din jurul tău apasă asupra ta cu o anumită presiune. Dacă te afli pe Vf. Everest, firește că atmosfera este mai rarefiată, deci presiunea este mai mică. În general (dacă nu este specificat altfel), când vorbești de și faci calcule cu presiune atmosferică automat consideri că vorbești de presiunea atmosferică care are posibilitatea de a echilibra o coloană de mercur de 760mm într-un loc aflat la nivelul mării, unde temperatura e de 0°C, cu latitudinea de 45°.

Dacă ai îndeplinit condițiile astea, poți să zici că ai o 1 atmosferă (1 atm) și că presiunea atmosferică apasă pe 1cm² de pe suprafața Pământului cu greutatea unei mase de aproximativ 1 Kg. Dar asta nu-i tot. Presiunea atmosferică poate fi măsurată în mai multe feluri:

1 atm = 1,033 Kg/cm² = 1,013 bar (b) = 101.325 Pa = 760 mm/Hg

Nu o să zăbovim asupra tuturor acestor măsurători, dar dacă te uiți în treacăt, o să vezi acele 1,033 Kg/cm2 de care vorbeam la începutul postării și pascalii. Cel mai des, însă, presiunea atmosferică este măsurată în mm/Hg (“milimetri pe coloană de mercur”), chestie pe care tu o vezi cu precădere la televizor sau pe Internet, când te uiți la cum o să fie vremea mâine sau poimâine.

Ăsta de alături este un barometru cu mercur, cu ajutorul căruia măsurăm presiunea atmosferică. A fost inventat prin 1643 de fizicianul și matematicianul italian Evangelista Toricelli și este un instrument foarte simplu, care se bazează fix pe acele principii despre care am discutat mai sus. Iată cum funcționează:

Se ia un tub lung și subțire închis la un capăt (practic o eprubetă) și se umple cu mercur. Apoi se ia un vas mai lat și scund care se umple și el cu mercur, un rezervor. Iei vasul subțire (eprubeta), îl întorci cu susul în jos și îl pui în rezervor. În momentul acela, mercurul din eprubetă o să curgă în rezervor și o să se formeze în acesta o bucată de vid.

În același timp atmosfera din jurul barometrului apasă pe mercurul din rezervor (vasul mai lat), care face astfel încât acesta să urce în eprubetă și să încerce să scape de vid (“Universul detestă vidul”). În cele din urmă o să se creeze un echilibru între presiunea atmosferică și vidul din eprubetă. Dacă ne aflăm la nivelul mării, înălțimea la care o să se ridice coloana de mercur din eprubetă o să fie de 760 mm. De unde și 760 mm/Hg (760 milimetri pe coloană de mercur).

Dar de ce folosim mercur și nu altceva, cum ar fi apa? Pentru că mercurul este cel mai potrivit în cazul ăsta. Problema este că dacă am vrea să folosim apă într-un barometru ca să putem măsura presiunea atmosferică, asta ar însemna că tubul cu care am măsura “milimetri pe coloană de apă” ar trebui să aibă vreo 10 metri înălțime pentru a se exercita o presiune de 1 atm. 10 metri! Nu foarte portabil. Mercurul, în schimb, este mult mai dens, iar un tub mai scurt de vreo 80 cm e numa’ bun. Printre altele.

Ce să înțelegi din postarea asta, ca o concluzie? Că aerul din jurul tău, deși pare imaterial, are mereu un efect asupra ta și a oricărui obiect de pe suprafața planetei și că, deși invizibil, poate fi foarte ușor măsurat cu ajutorul unui aparat simplu care profită de fixațiile Universului, datorită metodei științifice și matematicii.

Gata. Ura și la gară.