Cái bình kỳ lạ

Liệu có thể chế tạo được một cái bình để cho vòi nước trong bình chảy ra luôn luôn đều đặn, không chậm lại, mặc dù mực nước trong bình có hạ xuống? Sau những điều đã biết ở các mục trước, chắc là ở đây bạn đã chuẩn bị cho rằng bài toán loại này không giải được.

Trong khi đó bài toán này lại hoàn toàn có thể giải được. Hình dưới thể hiện cái bình nói trên, — đây chính là cái bình kỳ lạ. Đó là một cái chai eo ở cổ, có ống thủy tinh xuyên qua nút chai. Nếu bạn mở vòi c nằm thấp hơn đáy ông thủy tinh này thì nước sẽ chảy ra một cách bình thường chừng nào mà mực nước trong bình chưa hạ xuống thấp hơn đáy ống (ở nút E). Sau khi đẩy ống thủy tinh xuống đến mực của vòi c, bạn có thể làm cho nước phía trên mực lỗ chảy ra đều đặn mặc dù tia nước rất yếu.

Vì sao xảy ra điều đó? Bạn hãy lần lượt hình dung xem những điều gì đã xảy ra trong bình khi mở vòi c. Trước hết là nước chảy ra từ ống thủy tinh; mực nước bên trong ống tụt xuống đến đáy ống. Khi tiếp tục chảy, mực nước trong bình hạ xuống và không khí sẽ vào qua ống thủy tinh; các bọt không khí sẽ lọt vào nước và tập trung lại ở phía trên bình. Bây giờ trên mực của nút B có áp suất bằng áp suất khí

Cấu tạo bình Mariôt. Nước chảy ra đều đặn từ lỗ c.

quyển. Nghĩa là nước chảy ra từ vòi c dưới áp suất của lớp nước BC, vì rằng áp suất của khí quyển bên trong và bên ngoài bình cân bằng nhau. Nhưng vì lớp nước BC có chiều dày cố định, nên không có gì đáng ngạc nhiên là tia nước chảy ra luôn luôn với tốc độ như nhau.

Bây giờ bạn hãy thử trả lời câu hói: nếu ta tháo nút B ở đáy ống thủy tinh thì nước chảy ra có chóng hơn không?

Thì ra, nước hoàn toàn không chảy ra (tất nhiên là nếu lỗ nhỏ đến mức bể rộng của nó có thể bỏ qua; bằng không thì nước sẽ chảy ra dưới áp suất của một lớp nước mỏng có chiều dày bằng bể rộng của lỗ). Quá vậy, ở đây bên trong và bên ngoài đều có áp suất bằng áp suất khí quyển, do đó không có lý do gì để làm cho nước chảy ra được.

Nhưng nếu như tháo nút A nằm cao hơn đáy ống thủy tinh, thì nước không những không chảy ra khỏi bình, mà không khí bên ngoài còn lọt được vào trong bình. Tại sao? Theo một nguyên nhân rất đơn giản: bên trong ở phần này của bình, áp suất không khí nhỏ hơn áp suất khí quyển bên ngoài.

Cái bình này có rất nhiều tính chất kỳ lạ do nhà vật lý nổi tiếng Mariot nghĩ ra và được gọi theo tên ông—«bình Mariot».