Egy kilogramm toll és egy kilogramm acél mást nyom

Bár a két minta súlya megegyezik, normál körülmények között mérve a fém súlya valamivel nagyobb. Ez a környező levegő hatásának köszönhető, jelenti  az IFLScience.

A különbséget Arkhimédész elve magyarázza, amely nemcsak folyadékokra, hanem gázokra is vonatkozik. A levegő felfelé irányuló erőt hoz létre, amelynek nagyságát a kiszorított levegő térfogata határozza meg. Mivel a tollak lényegesen kevésbé sűrűek, mint az acél, ez a hatás jobban észrevehető.

A számításokhoz feltételezhetjük, hogy a tollakat alkotó keratin sűrűsége 1,3 gramm köbcentiméterenként. Ez azt jelenti, hogy az anyag kilogrammonként körülbelül 770 köbcentiméternyi területet foglal el, a légréseket nem számítva. Egy hasonló tömegű acél, amelynek sűrűsége 7,86 gramm köbcentiméterenként, mindössze körülbelül 127 köbcentimétert foglal el.

Normál légköri sűrűség mellett a levegő a tollak látszólagos súlyát körülbelül 0,92 gramm-erővel, egy fémminta súlyát pedig 0,15 gramm-erővel csökkenti. Így az egyenlő szárú mérlegen az összehasonlítás során a különbség körülbelül 0,77 gramm-erő. Vákuumban ez a hatás eltűnik, és két azonos tömegű súly kiegyenlíti egymást.

A jelenség gyakorlati megerősítését 2014-ben kapták meg. A tudósok a szokásos anyagokat bronzlemezre és polisztirol habra cserélték, és érzékeny mérlegen egyensúlyozták ki őket. A levegő kiszivattyúzása után az egyensúly felborult: egyértelművé vált, hogy a bronzminta valódi tömege kisebb. A kísérlet bemutatta, hogy a környezet milyen jelentősen befolyásolhatja a mérési eredményeket.

Az ilyen különbségek különösen fontosak a metrológiában. A nagy pontosságú tömegmeghatározásnál a szakemberek korrekciót alkalmaznak a légköri hatások miatt, különben azok a hiba jelentős forrásává válhatnak.

A híres találós kérdés helyes megfejtése tehát a mérési körülményektől függ. Tömeg vagy gravitáció összehasonlításakor mindkét kilogramm egyenlő. De ha a levegőben lévő mérlegen értékeljük az értékeket, az acélnak van előnye.