Në një moment të jetës suaj, me shumë gjasë kur ishit më të vegjël dhe më të prirur të mashtroheshit nga xhaxhallarët shakaxhinj, dikush mund t’ju ketë bërë pyetjen enigmatike: “Cila është më e rëndë, një kilogram çelik apo një kilogram pupla?”
E krijuar për të ngatërruar fëmijët, kjo pyetje synon t’ju bëjë të këmbëngulni se një kilogram çelik është më i rëndë, sepse, siç është shprehur në mënyrë të famshme intelektuali skocez Limmy (shihni më poshtë), çeliku është më i rëndë se puplat, shkruan IFL Science.
Truku, sigurisht, qëndron te fakti se për të dyja është përcaktuar e njëjta masë: një kilogram (2,205 paund). Kjo duhet të nënkuptojë se ato peshojnë saktësisht njësoj. Por rezulton se, nëse bëhemi vërtet pedantë në këtë çështje, mund të argumentohet se çeliku është realisht më i rëndë.
Meqenëse po flasim si fizikanë, dhe fizikanët pëlqejnë t’i modelojnë gjërat në kushte të idealizuara, le të supozojmë se kemi një masë të përsosur prej një kilogrami pupla dhe një masë prej një kilogrami çelik, të cilat i vendosim në dy anët e një peshoreje me krahë, brenda një dhome vakumi diku në Tokë.
Në këto kushte, xhaxhai juaj shakaxhi do të kishte vërtet të drejtë: peshorja do të qëndronte në ekuilibër, sepse të dyja anët kanë saktësisht të njëjtën masë dhe, për rrjedhojë, përjetojnë të njëjtën forcë nën ndikimin e gravitetit të Tokës.
Megjithatë, nëse do të përpiqeshit t’i peshonit këto masa të idealizuara jashtë një dhome vakumi, pra brenda atmosferës së Tokës, do të zbulonit se peshorja anon nga ana e kilogramit të çelikut, në vend që të qëndronte në ekuilibër. Sepse çeliku është më i rëndë se puplat.
Pra, duket se kjo enigmë përmban edhe një truk të dytë, të fshehur. Përse? Mund t’ju shkojë mendja te rezistenca e ajrit. Edhe pse kjo nuk është plotësisht e saktë, jeni në drejtimin e duhur: rezistenca e ajrit lidhet me një problem tjetër, por të ngjashëm, të quajtur parimi i ekuivalencës, i cili shpjegon pse objektet me masa të ndryshme bien me të njëjtën shpejtësi në mungesë të atmosferës.
Përgjigjja e vërtetë lidhet me konceptin e forcës ngritëse të Arkimedit, ose forcës së shtytjes lart. Edhe pse zakonisht e lidhim këtë dukuri me ujin, forca ngritëse vepron në çdo lloj fluidi, përfshirë edhe atmosferën. Meqenëse puplat zënë një vëllim më të madh se çeliku, ato zhvendosin më shumë ajër dhe, për rrjedhojë, përjetojnë një forcë ngritëse më të madhe.
Rezultati është një forcë neto pak më e vogël që vepron në drejtim poshtë mbi puplat. Për këtë arsye, peshorja anon sërish nga ana e çelikut. Megjithatë, të jemi të sinqertë, diferencat janë shumë të vogla, siç kanë zbuluar edhe të tjerë që janë përpjekur ta zgjidhin këtë enigmë duke bërë llogaritjet përkatëse.
“Puplat përbëhen nga keratina, me një dendësi prej rreth 1,3 g/cm³. Vëllimi neto i zhvendosur nga një kilogram pupla është, pra, 751 cm³. Çeliku ka një dendësi prej 7,86 g/cm³ dhe një kilogram i tij zhvendos 127 cm³”, shkruan përdoruesi niels nielsen në platformën Physics Stack Exchange, duke e thjeshtuar paksa problemin për ta bërë më të lehtë.
“Ajri në nivelin e detit ka një dendësi prej 0,0012 g/cm³. Kështu, forca ngritëse mbi 751 cm³ keratinë është 0,92 gf [ku gf është forca që do të përjetonte një masë prej 1 grami nën gravitetin standard], ndërsa forca ngritëse mbi 127 cm³ çelik është 0,155 gf. Kjo do të thotë se, nëse e peshojmë keratinën në vakum, ajo do të peshojë 1 kgf, ndërsa në ajër do të peshojë 999,08 gf. Nëse e peshojmë çelikun në vakum, ai do të peshojë 1 kgf, ndërsa në ajër do të peshojë 999,85 gf.”
Prova e pakundërshtueshme
Por mjaft me teorinë, le të flasim për eksperimentet. Në një studim të vitit 2014, studiuesit e testuan këtë ide në kushte reale, megjithëse në vend të çelikut dhe puplave përdorën një fletë të hollë bronzi dhe një bllok polistireni të zgjeruar. Pasi e vendosën me saktësi peshoren e ndjeshme në ekuilibër, ekipi nisi të nxirrte ajrin nga dhoma e vakumit që e rrethonte atë.
“Dy trupat e përdorur në këtë punim, të cilët fillimisht e mbanin peshoren në ekuilibër, kalojnë në një konfigurim të ri, në të cilin fleta e bronzit shfaq masën e saj më të vogël sapo fillon nxjerrja e ajrit nga ena.”
“Është krejtësisht e mundur që një kilogram hekur të peshojë më pak se një kilogram pupla”, përfunduan studiuesit. Duke e përmbysur procesin, nëse do ta kishin vendosur peshoren në ekuilibër në vakum dhe më pas do të kishin futur gradualisht ajër, do të kishin vërejtur se bronzi/çeliku ishte “më i rëndë”.
Edhe pse diferenca nuk është e madhe, ajo është diçka që specialistët e metrologjisë duhet ta marrin parasysh kur përpiqen të matin masën e objekteve të ndryshme në atmosferë.
“Nëse nuk korrigjohet, efekti i forcës ngritëse të ajrit mbi objektet që krahasohen është shpesh burimi më i madh i gabimit në matjen e masës”, shpjegon Instituti Kombëtar i Standardeve dhe Teknologjisë (NIST) në një dokument mbi procedurat standarde të punës. “Një korrigjim për forcën ngritëse të ajrit duhet të bëhet në të gjitha matjet e masës me saktësi të lartë.”
Zgjidheni këtë enigmë
Sigurisht, në fund të fundit, e gjithë kjo varet nga ajo që kuptojmë me fjalën “më i rëndë” dhe nga kuptimi që i japim fjalës “peshë”.
Nga njëra anë, mund të argumentohet se asnjëri nuk është më i rëndë se tjetri, pasi të dy kanë saktësisht të njëjtën masë. Ky është qëndrimi që mund të mbani nëse mendoni se “rëndesa” është një veti e objektit, e pavarur nga graviteti dhe nga forca ngritëse e atmosferës së planetit ku ai ndodhet.
Por, po aq mirë, mund të argumentohet se pyetja nënkupton peshën që tregon një peshore këtu në Tokë dhe jo në vakum. Sepse, përse do të supozonit të kundërtën, nëse nuk do të përpiqeshit të bezdisnit dikë me një enigmë të këtij lloji?
Siç shprehen autorët e studimit të vitit 2014: “Pyetja jonë fillestare nuk është edhe aq absurde, të paktën në rastet kur nuk mund të flitet për masë (qoftë gravitacionale apo inerciale), ose për peshë (e kuptuar si forca e pastër gravitacionale që vjen nga masa gravitacionale), por për matjen e asaj që tregon një peshore. Në këtë rast, një kilogram hekur dhe një kilogram kashtë mund të kenë pesha të ndryshme.”
