Que nhang trên bàn thờ tầng trệt nhà ống không toả khói ra bốn phía: sợi khói đi thẳng lên giếng trời như bị ai hút. Cửa sổ đóng, quạt tắt, ngoài đường không một ngọn gió. Cả căn nhà vẫn đang tự thở, và cái bơm chạy nó nhỏ đến mức gần như không đo nổi:
Cái bơm không có một cánh quạt nào
Không khí 30 °C nặng 1,164 kg mỗi mét khối; hâm lên 40 °C còn 1,127 — nhẹ đi 37 gam. Đó là toàn bộ động cơ: cột khí trong giếng trời nổi lên đúng kiểu Archimedes trong bể không khí, và chỗ nó bỏ trống phải có khí mát chui vào lấp. Nhân khoản chênh ấy với gia tốc trọng trường và 15 m chiều cao ra hiệu áp toàn phần:
Δp = ρ_ngoài · g · h · ΔT / T_trong
= 1,164 · 9,81 · 15 · 10 / 313,15 = 5,47 Pa5,47 Pa — một phần 18 500 áp suất khí quyển, bằng cột nước cao 0,56 mm, vậy mà đủ điều khiển không khí của cả năm tầng lầu. Chênh 10 °C không phải giả định hào phóng: mái tôn giữa trưa lên hơn 70 °C, và khối khí dưới tấm kính đỉnh giếng trời nóng hơn ngoài trời cả chục độ.
Torricelli với một trọng trường bị pha loãng
Rút gọn công thức trên, tốc độ lý tưởng của luồng khí là
v = √(2·g·h·ΔT/T_trong) — đúng công thức Torricelli v = √(2gh) của
bể nước thủng đáy,
chỉ khác ở chỗ trọng trường đã bị pha loãng theo tỉ số ΔT/T còn
0,313 m/s², một phần 31 của g. Rơi 15 m trong trọng trường tí hon
ấy, khí đạt 3,07 m/s — khối lượng riêng biến mất khỏi phép tính, đúng
kiểu Galileo.
Thực tế bào đi già nửa cái trần ấy: hai lỗ thoáng nối tiếp nên mỗi lỗ chỉ gánh một nửa hiệu áp — 2,74 Pa — rồi mép lỗ sắc cạnh ăn thêm hệ số lưu lượng 0,65, cùng cỡ với 0,62 của bể nước Torricelli. Còn lại 1,41 m/s qua mỗi mét vuông lỗ thoáng: 5 072 m³ mỗi giờ, thay sạch không khí căn nhà 900 m³ 5,6 lần một giờ — nhà ở thường chỉ cần 0,35 lần, phòng bệnh viện 6 lần. Công suất khí động: 1,41 m³/s × 5,47 Pa = 7,7 W, kém một bóng đèn LED — quạt làm thay việc ấy, hiệu suất 25%, sẽ rút 31 W khỏi ổ điện suốt ngày đêm.
Cao gấp đôi chỉ được nhanh hơn 41 phần trăm
h nằm dưới dấu căn, nên chiều cao là đòn bẩy đắt và cùn. Kéo giếng trời từ 15 m lên 30 m — 5 tầng thành 10 — tốc độ chỉ nhích từ 1,41 lên 1,99 m/s, lưu lượng từ 5 072 lên 7 174 m³/h; mà thể tích nhà thì tăng gấp đôi, nên số lần thay không khí tụt từ 5,6 xuống 4,0.
Diện tích thì tuyến tính: lỗ thoáng gấp đôi là lưu lượng gấp đôi. Đòn
bẩy thứ hai nằm ở đường nét đứt đỏ trong demo — mặt phẳng trung hoà, nơi
trong và ngoài cùng áp suất, ở độ cao
z = h·A_trên² / (A_trên² + A_dưới²). Hai lỗ bằng nhau thì nó nằm chính
giữa và chia đôi hiệu áp; làm lỗ trên rộng gấp đôi lỗ dưới, mặt trung
hoà dâng lên 12 m trong 15 m, lỗ dưới hưởng 4,38 Pa thay vì 2,74 và
lưu lượng lên 6 416 m³/h — hơn 26% mà không đục thêm milimét nào ở
tầng trệt.
Trường hợp biên: hôm bật máy lạnh, ống khói thành cái phễu
Trưa hè miền Nam, ngoài trời 35 °C, trong nhà máy lạnh giữ 25 °C: ΔT đổi dấu, cùng công thức ấy cho −5,65 Pa. Giếng trời bơm ngược — khí nóng ngoài trời tụt xuống dọc giếng rồi thoát ra lỗ thoáng tầng trệt, 5 199 m³/h khí 35 độ đổ thẳng vào nhà. Máy lạnh phải gánh thêm 1,44 m³/s × 1,15 kg/m³ × 1005 J/kg·K × 10 K = 16,6 kW, hơn ba chiếc máy 2 ngựa chạy hết công suất chỉ để hoà vốn. Giếng trời tử tế vì thế bao giờ cũng có cánh đóng được.
Còn một cách nữa để 5,47 Pa mất tiếng nói, nằm sẵn trong con số 3,07 m/s ở trên: áp động của gió ½ρv² đúng bằng 5,47 Pa khi v = 3,07 m/s. Một cơn gió 11 km/h — cấp 2 Beaufort, thứ gió chỉ đủ lay lá — đã thổi ngang ngửa cả cái ống khói 15 mét; gió 4 m/s cho 9,3 Pa, gấp 1,7 lần, và khí trong nhà chạy hướng nào là do ngoài đường quyết định. Hiệu ứng ống khói chỉ thật sự cầm quyền vào những hôm lặng gió ngột ngạt — đúng những hôm bạn cần nó nhất.