Jak reaguje sklenice se zavařeninou na cestu letadlem?

V obyčejné sklenici marmelády se skrývá pořádná dávka fyziky. Ta se do ní dostává ve chvíli, kdy sundáte hrnec z plotny a plníte horkou ovocnou směs do čistého skla. (délka blogu 3 min.)

Většina lidí vnímá zavařování jako zábavnou disciplínu spojenou s hrnci na plotně. Ve skutečnosti se jedná také o jednoduchý laboratorní proces využívající naše znalosti fyziky (termodynamiky) a atmosférických jevů. Hlavním hrdinou tohoto blogu není ovoce, ale je jím neviditelný tlak vzduchu, který rozhoduje o tom, jestli vaše jídlo vydrží do příštího roku - nebo skončí v koši kvůli napadení plísněmi.

Fyzika zavařování

Když naplníte sklenici horkou marmeládou, necháváte pod víčkem malý prostor vyplněný vzduchem. Tento vzduch se (díky vysoké teplotě směsi, která má obyčejně mezi 70 a 100 stupni Celsia) okamžitě zahřeje a začne se rozpínat. Molekuly plynu v tomto prostoru tedy získávají značnou energii a narážejí do stěn s mnohem větší intenzitou. V této chvíli se mimochodem ve sklenici nachází směs horkého vzduchu a vodní páry. Jakmile víčko pevně utáhnete, uzavřete tento mikrosvět a oddělíte ho od okolního světa, kde vládne běžný atmosférický tlak.

Důležitý okamžik nastává během chladnutí zakonzervované potraviny. Fyzika říká, že tlak plynu je přímo úměrný jeho teplotě. Jakmile začne teplota uvnitř sklenice klesat, molekuly se začnou pohybovat pomaleji a narážejí pak do víčka s menší silou. Ještě důležitější je ovšem kondenzace vodní páry. Ta předtím vyplňovala značnou část volného prostoru. Následně se mění na kapalnou vodu. Protože kapalina zabírá mnohem méně místa než plyn, vzniká v prostoru pod víčkem podtlak.

Zavařenina a její výlet na Everest

Co má společného zavařenina a šerpové v Himalájích? V bezpečně uzavřené sklenici panuje atmosférický tlak, který je blízký tlaku, jaký zažívají horolezci na vrcholcích nejvyšších hor světa.

Jinými slovy - uvnitř sklenice klesne tlak (díky výše zmiňovaným jevům) po vychladnutí zavařeniny přibližně na polovinu běžné hodnoty. Pokud tento údaj převedeme na nadmořskou výšku, odpovídá výšce kolem pěti a půl kilometru nad mořem.

Vaše marmeláda si tedy v uzavřené sklenici vychutnává podmínky, které panují na vrcholu hory Mount Logan nebo v základním táboře pod nejvyšší horou světa, Mount Everestem.

Tento rozdíl mezi tlakem ve vnějším prostředí a vnitřkem sklenice je přesně to, co drží víčko pevně uzavřené, takže se do sklenice nedostanou plísně.

Kromě toho spočívá ochrana potraviny nejen v mechanickém přisátí víčka, ale také ve vytvoření prostředí, ve kterém se nachází minimum kyslíku. Většina mikroorganismů a plísní potřebuje ke svému životu a množení právě kyslík. Tím, že ho ze sklenice pomocí tepla a následného ochlazení doslova vyženete, vytvoříte zónu, kde život v podobě nežádoucích bakterií prostě nemá šanci.

Když pak po několika měsících sklenici otevíráte, slyšíte ono charakteristické lupnutí při prvním otočení víčkem. Je to zvuk vzduchu, který se po dlouhé době dostává dovnitř, aby vyrovnal tlakový rozdíl. Během okamžiku se zavařená potravina vrátí z himalájských hor zpět do vaší kuchyně.

Cesta letadlem

Procesy, které se odehrávají pod víčkem sklenice s marmeládou, začínají být ještě zajímavější v momentě, kdy se ji rozhodnete přepravit letadlem. Nejspíš ji nebudete brát s sebou do kabiny - skončí spolu s ostatními zavazadly v podpalubí v nákladovém prostoru. Kde přesně sklenice poletí, je vlastně jedno - moderní letadla udržují stejný tlak v kabině pro cestující i v podpalubí.

Co se s ní stane? Otevře se nebo dokonce exploduje? Každopádně bude její další osud záviset na tlaku, který bude během cesty v nitru letadla.

Dokud sklenice stojí v kuchyni na stole, působí na její víčko zvenčí atmosférický tlak s hodnotou zhruba 1 baru. Uvnitř je ovšem podtlak. Tento rozdíl je neviditelnou silou, která tiskne víčko k okraji skla a zajišťuje, že se obsah nebude kontaminovat.

Když se letadlo s vámi a vaším kufrem dostane do výšky deseti kilometrů, tlak v kabině i nákladovém prostoru se mění. I když je trup letadla pod tlakem, tento tlak není tak vysoký jako na zemi. Během letu klesá na hodnotu kolem 0,8 baru. Pro sklenici marmelády to znamená, že její největší spojenec, tedy vnější atmosférický tlak, právě zeslábl. Rozdíl tlaku se zmenšil z původních 0,5 baru na pouhých 0,2 až 0,3 baru.

Otevře se tedy sklenice sama od sebe? Odpověď je jednoduchá. U správně zavařeného kusu je to vysoce nepravděpodobné. I v nákladovém prostoru letadla panuje tlak, který je vyšší než tlak uvnitř sklenice. Okolí sice působí na víčko menší silou než v kuchyni, ale pořád to stačí na to, aby sklenice zůstala pevně zavřená.

Aby se víčko samo uvolnilo, musel by tlak v letadle klesnout pod hodnotu tlaku uvnitř sklenice - tedy pod 0,5 baru. To by se stalo jen tehdy, pokud by došlo k nehodě, spojené s dekompresí trupu letadla. Pak by mohl tlak klesnout na úroveň okolní atmosféry ve výšce deseti kilometrů (zhruba 0,25 baru). Vnitřní tlak sklenice by převážil a víčko by se uvolnilo.

Naštěstí se v běžném provozu ničeho takového bát nemusíte. Sklenice marmelády je v letadle v bezpečí, protože si s sebou nese svůj vlastní podtlak, který je stále nižší, než tlak vzduchu v zavazadlovém prostoru.

Pokud byste ale letěli se sklenicí, která byla zavařena nekvalitně a tlak uvnitř by byl vyšší než například 0,9 baru (nebo rovnou s otevřenou zavařeninou), pak by ale v letadle skutečně mohlo dojít k povolení víčka.