Co waży więcej: kilo żelaza czy kilo pierza?

Odpowiedź na to pytanie wydaje się banalna. Sądzę, że dużo nie pomylę się, jeśli stwierdzę, że większość z nas odpowiedziałoby na nie: kilo to jest kilo i wszystko jedno czego dotyczy byle waga na, której ważymy była „sprawiedliwa”. Wobec takiego przekonania odpowiedzielibyśmy, że żelazo i pierze będą ważyć jednakowo. Jednak wielu z nas zapomina o najważniejszym. Zwykle pomiaru masy dokonujemy w określonym środowisku – dla nas tym środowiskiem jest powietrze, które choć go nie widać ma ogromny wpływ na wyniki pomiaru. Postaram się to wyjaśnić.

Znane nam prawo Archimedesa odnosi się nie tylko do cieczy, ale i do gazów. W myśl tego prawa, ciało traci pozornie na ciężarze nie tylko, jeśli je zanurzymy w cieczy, ale również wtedy, gdy znajdzie się w środowisku gazowym (w naszym przypadku w powietrzu). Traci pozornie tyle, ile wynosi ciężar wypartej cieczy lub gazu przez to ciało. Skoro tak się dzieje to znaczy, że jakaś siła musi od dołu „podpierać” to ciało – siłę tę nazywamy wyporem.

Siła wyporu jest tym większa, tzn. ciało wypiera więcej powietrza, im większa jest jego objętość. Dokonując pomiaru masy na Ziemi musimy wziąć małą poprawkę. Waga wskazuje siłę przyciągania Ziemi, zmniejszoną o siłę wyporu. Powietrze jest bardzo lekkie: ciężar litra powietrza jest tylko nieco większy od 0,01 N dlatego też w sklepie nie zawracamy sobie głowy tak mała różnicą.

Gdybyśmy umieścili wagę szalkową z żelazem i pierzem pod ogromnym kloszem i wypompowali z niego powietrze, to waga natychmiast utraciłaby swoją równowagę i przechyliłaby się na stronę szalki z pierzem. Dzieje się tak dlatego, że powietrze „fałszuje” wskazania wagi, bo popycha ciało ku górze. Popycha tym mocniej, im więcej to ciało wypiera powietrza. Możemy stwierdzić, że ciężary żelaza i pierza, które porównujemy za pomocą wagi, równe sobie w powietrzu przestają być równe w próżni. Zatem, potocznie mówiąc, „kilo” pierza zwarzonego w powietrzu ma większą masę niż „kilo” żelaza.