מגדל הצפיפות
נוזלים בשכבות צבעוניות-איך זה עובד?
הרעיון
נוזלים לניסוי מגדל הצפיפות
| נוזל | צפיפות (g/ml) | צבע טבעי |
|---|---|---|
| דבש | 1.42 | זהוב כהה |
| סירופ תירס | 1.33 | שקוף/ענבר |
| סבון כלים | 1.06 | ירוק/כחול |
| חלב | 1.03 | לבן |
| מים (ניתן לצבוע) | 1.00 | שקוף |
| שמן צמחי | 0.92 | צהוב |
| כוהל רפואי | 0.79 | שקוף |
* מוזגים מהצפוף ביותר (דבש) לקל ביותר (כוהל)
למה הנוזלים לא מתערבבים?
התופעה הפיזיקלית של הפרדה אופקית לנוזלים מושפעת משני משתנים מרכזיים השולטים ביחס ההידרוסטטי בסביבה רב-שכבתית פטרוכימית או מימית:
1. הבדלי צפיפות:
נוזל קל יותר תמיד "צף" מעל נוזל כבד יותר.
כוח הכבידה מושך את הנוזלים הצפופים למטה.
2. חוסר מסיסות:
לא כל הנוזלים מתערבבים זה בזה.
מים ושמן, למשל, לא נמהלים-גם אם מערבבים חזק!
כדי שהמגדל יעבוד, צריך גם הבדלי צפיפות וגם שהנוזלים לא יתערבבו.
מה קורה?
כשמפילים חפץ מוצק למגדל, הוא שוקע עד שמגיע לשכבה שצפיפותה גבוהה משלו.
זה כמו "מעלית" שעוצרת בקומה הנכונה!
דוגמאות
• שעם (0.25) ← צף על הכוהל
• פלסטיק (0.9) ← צף על המים
• ענב (1.1) ← שוקע דרך המים, צף על הסירופ
• בורג מתכת (7.8) ← שוקע לתחתית
טיפים להצלחה
כדי שמגדל הצפיפות יצא יפה:
- מוזגים לאט-זרם מהיר יערבב את השכבות
- להזרים על דופן הכלי או על גב כף, לא ישירות למרכז
- להתחיל מהנוזל הצפוף ביותר ולסיים בקל ביותר
- להמתין מספר שניות בין נוזל לנוזל
גם באוקיינוסים ובאגמים יש "מגדלי צפיפות" טבעיים!
מים קרים צפופים יותר ממים חמים. מי מלח צפופים ממים מתוקים. לכן באוקיינוס יש שכבות מים שונות בעומקים שונים.
דגים וחיות ים שונות חיים בשכבות שונות-כל אחד בצפיפות שמתאימה לו!
שאלה לחשיבה
למה נוזלים בצפיפויות שונות (למשל מים ושמן) נוטים להפרד לשכבות ולא להיווצר תערובת אחידה לאורך זמן?
כוח הכבידה מדגיש הבדלי צפיפות: הנוזל הצפוף יותר שוקע למטה והקל יותר צף. בנוסף, חוסר מסיסות מלא או חלקי בין נוזלים מונע ערבוב יציב-לכן מתקבל מגדל שכבות.