Czy woda może płynąć do góry

Według jednej z anegdot angielski fizyk Isaac Newton leżąc w sadzie między drzewami sformułował w lecie 1665 roku prawo powszechnego ciążenia. Zgodnie z tym prawem wszystkie przedmioty (również słynne jabłko Newtona) uniesione ponad ziemię spadają w dół, na jej powierzchnię. Tylko w dół. W górę mogą się unieść tylko wtedy, gdy działa na nie jakaś siła i to siła większa od siły przyciągania ziemskiego. Kamień wtedy, gdy oddziałujemy na niego siłą naszych mięśni, samolot siłą napędu śmigła lub silnika odrzutowego. Również woda może spływać tylko w dół. I ta z otwartego w kuchni kranu, i ta w rzekach. Żadna rzeka nie płynie przecież pod górę, wszystkie spływają do morza. Czy naprawdę? Czyżby w tytule był błąd?

Znane są co najmniej trzy przypadki, kiedy woda „płynie do góry”. Pierwszy z nich znamy wszyscy. Do góry płynie np. woda w przewodach domowej instalacji wodociągowej. Wodę z kranu możemy przecież pobierać nie tylko na parterze, również na trzecim, a w dużych miastach nawet na dziesiątym piętrze. Niestety, stwierdzenie takie jest nieprawdziwe. Tak naprawdę woda w instalacji domowej płynie zgodnie z prawem ciążenia, a więc w dół. Wykorzystano tu tylko zasadę naczyń połączonych, przy czym poziom wody w jednym z tych naczyń (wieża ciśnień) jest wyższy niż w drugim (domowa instalacja wodociągowa). Woda więc spływa systemem metalowych rur ze zbiornika wieży ciśnień i może być odbierana w naszym mieszkaniu tylko wtedy, gdy kran znajduje się na niższym poziomie niż lustro wody w zbiorniku wieży ciśnień. W naszym budynku woda płynie jakby „do góry”, ale pod działaniem siły wynikającej z ciśnienia słupa wody w drugim ramieniu naczyń połączonych. W podobny sposób działają fontanny. Te w parkach zbudowane przez ludzi i te naturalne, stworzone przez przyrodę-znane pod nazwą studni artezyjskich.

Dwa inne przypadki, kiedy woda „płynie do góry”, pokazano na kolejnym rysunku. Pierwszy to znany wszystkim sposób przelewania cieczy z jednego naczynia do drugiego za pomocą rurki.

Np. benzyny ze zbiornika samochodowego do kanistra. Drugi to sposób na podlewanie kwiatków w okresie, gdy nie ma nas w domu, wyjechaliśmy na wakacje. W pierwszym przypadku konieczne jest jednak zassanie wody do rurki, a naczynie, do którego przelewa się woda, musi stać na niższym poziomie niż naczynie, z którego woda wypływa.

A więc znowu „coś nie tak”. I w tym przypadku woda płynie w dół. Na krótkim odcinku rurki, w której unosi się ku górze, działa podobnie jak w instalacji wodociągowej siła wynikająca z ciśnienia. Tym razem ciśnienia atmosferycznego. Dokładniej siła wynikająca z różnicy między wartością ciśnienia atmosferycznego pomniejszonego o ciśnienie słupa wody h1, w górnym naczyniu a wartością ciśnienia atmosferycznego pomniejszonego o ciśnienie słupa wody h2 w naczyniu dolnym.