Jsou okamžiky v životě lidském, kdy se jednomu nechce nic dělat. Jenže, co dělat, když se vám dělat nechce a dělat musíte? A tak sedím nad prázdným papírem a čekám, až přijde nápad. Jenže ten ne a ne přijít... Moment?! Proč vlastně nenapsat o okurkové sezóně?
Tak předně, co je to okurka? Okurka setá neboli Cucumis sativus je rostlina z rodu tykvovitých, pocházející z teplých a vlhkých oblastí Indie a Číny. Do Evropy se rozšířila sice již v antice, ale u nás se začíná pěstovat až od konce 16. století. Obsahuje vitamin C a velké množství minerálních látek, hlavně draslíku a 90 až 96 procent vody.
Co ale s okurkou? Tak můžeme ji sníst, a to na mnoho způsobů, jenže … Jenže, nestudoval jsem nadarmo fyziku, abych s okurkou nezkusil nějaké pěkné fyzikální kousky. Okurka je k fyzikálním experimentům jako stvořená: obsahuje velké množství vody a minerálů, bude tedy vodičem elektřiny; má celkem symetrický tvar a bude na ni možné demonstrovat některé zákony mechaniky. Bude tedy výborná nejen k jídlu, ale i k experimentování.
Protože je to potravina, kazí se na vzduchu. Dá se samozřejmě konzervovat, například vakuováním. Co se stane ale s okurkou, když kolem ní vyčerpáme vzduch? Z fyzikálního hlediska nic, jen zůstane delší dobu čerstvá a svěží.
Když už jsme začali s experimentováním v kuchyni, může tu pokračovat. Součástí většiny kuchyní je mikrovlnka a srdcem každé z nich je magnetron, součástka, která byla ještě před 75 lety předmětem jednoho z nejstřeženějších tajemství. Magnetron generuje mikrovlnné elektromagnetické záření, které dokáže ohřívat potraviny. Mikrovlnky v domácnosti používají frekvenci 2,45 GHz. Tato frekvence byla vybrána jako zároveň dostatečně účinná k ohřevu vody v celém objemu jídla a zároveň taková, aby vaše mikrovlnka nebyla příliš velká.
A jak se potraviny ohřívají? Molekuly vody v nich se chovají jako elektrický dipól, na jedné straně molekuly je kladný a na druhé záporný náboj. Elektrické pole v mikrovlnce se rychle mění, a působí tak na molekuly vody točivým (kroutivým) momentem. Molekuly vody se otáčejí střídavě jedním a druhým směrem, aby se zorientovaly souhlasně se směrem elektrického pole generovaného magnetronem. A tento pohyb je zodpovědný za zahřívání vody. Vlnění generované magnetronem mikrovlnky se odráží od stěn trouby, skládá se (interferuje), a uvnitř trouby vzniká tak stojaté vlnění, viz obrázek 1. V prostoru trouby se potom nacházejí místa s maximy (kmitnami) a minimy (uzly) stojatého elektromagnetického vlnění.
Co se pak v mikrovlnce stalo s okurkou, je asi jasné. Okamžitě po zapnutí mikrovlnky (s vypnutým otáčením talíře) se začala okurka v místech kmiten zahřívat. Řekl jsem si ale, že v tomto pokusu musím být úspěšný, a tak jsem okurku zabalil do alobalu. A protože je alobal plný volných elektronů, které začnou rychle kmitat v rytmu elektromagnetického pole, alobal na okurce se začal rychle zahřívat, jiskřit a metat blesky.
A zkusíme ještě jeden kuchyňský pokus. K němu ale použijeme sklenici sterilovaných okurek. Pokus se sklenicí naplněnou po okraj vodou, přiklopenou papírem a obrácenou dnem vzhůru asi znáte a asi tím pádem víte, že tlaková síla působící na papír položený na hrdlo sklenice udrží vodu, která je v ní. Jak ovšem tento pokus dopadne se sklenicí sterilovaných okurek? Viz obrázek 2.
Sklenici otevřeme, sundáme šroubovací víčko, dolijeme lák, aby byl až po okraj, a na hrdlo položíme kus nepomuchlaného papíru a sklenici otočíme dnem vzhůru. A voilà, obsah sklenice se ven nedostane. A není se čemu divit, vždyť papír u hrdla drží síla zhruba 390 N, což je stejné jako bychom na víčko sklenice položili závaží o hmotnosti 39 kg.
Myslím, že je na čase vyrazit někam ven. Okurky beru samozřejmě s sebou. Galileo Galilei, podobně jako třeba Newton, patřil ve své době k podivínům či výstředníkům. Ostatně, jak byste označili člověka, který by ve vašem spořádaném, poklidném a bohabojném městě házel z věže různé předměty a sledoval, jak dopadají? A na stejné podivíny jsem si zahrál spolu s kamarády z Úžasného divadla fyziky (ÚDiF).
Vedly nás k tomu důvody ryze vědecké, ostatně stejně jako mistra Galileiho. Chtěli jsme se na vlastní oči přesvědčit, jak tento pokus mohl v reálu vypadat. Podívaná to byla ohromná. Viz obrázek 3. Pád okurky a melounu začal nenápadně a pozvolna. Za dvě sekundy od upuštění byly čtyřikrát blíže zemi než po první sekundě. Okurka a meloun podle očekávání padaly k zemi se zrychlením přibližně 10 m/s2. Po nárazu na zem se rozprskly a vytvořily originální umělecké dílo, naštěstí jsme jim do cesty postavili bazének, takže jsme nemuseli příliš uklízet. Na poprvé jsme ale nestihli změřit čas dopadu, a tak z okna letěl další pár. Tentokrát jsme byli úspěšní.
Za pomoci dalších okurek jsme zase složili hold Newtonovi. Sestrojili jsme z několika přibližně stejně velkých okurek tzv. Newtonovu kolébku. Viz obrázek 4. Okurky jsou zavěšené jako kyvadla jedna vedle druhé, takže vznikla řada okurkových kyvadel, která se dotýkají. Vychýlení a puštění krajního okurkového kyvadla po nárazu na druhé vedlo k odskočení posledního. Okurky, které byly zavěšeny mezi první a poslední se podle předpokladu ani nehnuly. Pak byly vychýleny na jedné straně dvě okurky a na druhé straně odskočily také pouze dvě… Okurky poslušně respektovaly zákon zachování hybnosti a zákon zachování mechanické energie. Pan Newton by byl jistě spokojený.
Den se chýlil ke konci a tak jsme se odhodlali si na poslední okurku v klubovně pořádně posvítit. Věděli jste, že už v roce 1802 sir Humphry Davy experimentálně zkoumal vznik světla žhavením různých materiálů, např. platiny, průchodem elektrického proudu? Tyto pokusy prováděl o zhruba osmdesát let později (1879) také Thomas Alva Edison a na jejich základě sestrojil žárovku.
Průchod elektrického proudu žhavenými materiály způsobí, že se vlivem elektrického odporu zahřívají. Je-li teplota tělesa vyšší než zhruba 600°C, svítí těleso i ve viditelné části spektra. Okurka je plná vody a minerálů, a tak se dá předpokládat, že bude vodičem elektrického proudu. Mohla by ale posloužit jako vlákno žárovky? Není nad to svou hypotézu potvrdit nebo vyvrátit experimentem.
Okurku jsme zapojili do obvodu stejnosměrného proudu, viz obrázek 5 a světe div se, okurka se rozsvítila! Stvořili jsme skutečnou vegetariánskou a navíc bio žárovku! Svítila tak dlouho než úplně shořela. Co na tom, že okurková bio žárovka vydrží svítit jen chvíli a je předražená, když se s ní dá udělat tolik parády.
Po dnešním dnu už vím, že okurka má své nezastupitelné místo nejen v kuchyni, ale také ve správné fyzikální laboratoři.
Všechny experimenty jsou k vidění i ve speciálním díle Badatelny
