sobota 23 września 2017 imieniny Bogusława i Tekli 1939 - Zmarł Siegmund Freud
Do końca roku pozostało: 0 dni
Fizyka i astronomia
Interaktywna mapa szkół
Język polski Historia WOS Sztuka (plastyka i muzyka) Języki obce Religia i etyka
Matematyka Fizyka i astronomia Chemia Biologia Przyroda Geografia Technika Informatyka
Przedmioty zawodowe WF Ścieżki edukacyjne Wychowanie przedszkolne Nauczanie zintegrowane Więcej
  • Obserwujemy wiry
Obserwujemy wiry

Obserwujemy wiry

Wiry należą do bardzo efektownych i często występujących zjawisk fizycznych. Mogą one tworzyć się np. w strumieniu cieczy albo gazu płynącym z dostatecznie dużą prędkością lub napotykającym przeszkody. Zapewne każdy widział wiry w rzece czy strumieniu, albo w wodzie spływającej z wanny.



 




Wiry powstają także w powietrzu podczas jazdy samochodu, lotu samolotu czy pocisku, ale są one trudniejsze do obserwacji. Wytworzenie się wirów jest na ogół niekorzystne, ponieważ powoduje znaczne zwiększenie oporów towarzyszących przepływowi cieczy lub ruchowi obiektu. Właśnie w celu ograniczenia tego zjawiska samochodom nadaje się specjalny, opływowy kształt i wyposaża w różne spojlery i deflektory. Z dokładnym opisem i wyjaśnieniem przyczyn powstawania niektórych rodzajów wirów fizycy mają jeszcze spore kłopoty. Nie przeszkadza to jednak, żeby samodzielnie wytwarzać i obserwować wiry w warunkach domowych.

W celu zbudowania prostego przyrządu do wytwarzania wirów cieczy (rys. 1) potrzebne są dwie przezroczyste plastykowe butelki od napojów (1). Najlepsze są butelki o pojemności 1,5-2 l mające środkową część w kształcie zbliżoną do cylindrycznego. Do jednej z butelek nalewamy wody wypełniając nią około 3/4 objętości. Obie butelki należy połączyć wciskając ich szyjki w kawałek gumowego węża lub plastykowej rurki (2). Przedtem dobrze jest umieścić w szyjkach butelek korek (3) z otworem o średnicy 8-10 mm. Pozwoli to otrzymać dłużej trwające wiry. Zamiast naturalnego korka można użyć plastykowych zakrętek do butelek. W zakrętkach należy wywiercić otwory, co można łatwo zrobić końcem nożyczek lub noża. Butelki zamyka się zakrętkami i podobnie jak poprzednio, łączy kawałkiem węża lub rurki o odpowiedniej średnicy.

Gdy chcemy wytworzyć wir, należy szybko odwrócić przyrząd tak, żeby butelka zawierająca wodę znalazła się u góry. Następnie trzymając jedną ręką za rurkę lub wąż, a drugą za dno górnej butelki wykonujemy kilka energicznych obrotów przyrządem wokół jego osi pionowej. Woda zawarta w górnej butelce zostanie w ten sposób wprawiona w ruch i wytworzy wir w kształcie leja. Wir ten można wygodnie obserwować przez kilkadziesiąt sekund lub dłużej. Po przepłynięciu wody do dolnej butelki ponownie odwracamy przyrząd i wytwarzamy wir w poprzednio opisany sposób.

Cząsteczki wody tworzącej wir poruszają się po spiralach. Żeby lepiej uwidocznić ten ruch, można przed połączeniem butelek wrzucić do wody trochę okruchów korka lub styropianu. Zastosowanie zasady zachowania. momentu pędu i równania Bernoulliego prowadzi do wniosku, że wewnętrzna powierzchnia leja (4) jest częścią hiperboloidy obrotowej. Daje się ona opisać w przybliżeniu wzorem

w którym r oznacza promień hiperboloidy mierzony na wysokości h liczonej od jej podstawy, natomiast A i B są to stałe, zależne od prędkości początkowej, ilości wody i rozmiarów butelki.

Bardzo interesujące samoorganizujące się wiry powstają podczas wpływania strumienia nasyconego roztworu soli kuchennej do czystej wody (rys. 2). Żeby je zaobserwować, potrzebny będzie szklany słoik typu „twist-off” (1) i okrągły plastykowy kubek jednorazowego użytku (2), np. od jogurtu lub kawy. Najlepiej dobrać dość wysoki słoik o takiej średnicy, żeby w jego otwór można było lekko wcisnąć kubek. W środku dna kubka należy wykonać igłą otworek o średnicy około 0,5 mm. Słoik napełnia się czystą wodą (3) i umieszcza w nim kubek. Teraz trzeba przygotować w oddzielnym naczyniu nasycony roztwór soli kuchennej. W tym celu do wody należy stopniowo dosypywać soli i mieszać tak długo, aż przestanie się rozpuszczać. Dla lepszej widoczności roztwór ten zabarwia się odrobiną atramentu. Zabarwiony roztwór (4) trzeba powoli wlewać do kubka. Zauważamy, że w pewnej chwili przez otwór w dnie zaczynia wypływać cienka strużka roztworu. Wypływ ten ulega okresowym przerwom, a strużka co pewien czas samorzutnie tworzy wiry (5) w kształcie zbliżonym do pierścieni. Wiry te opadają w dół i powoli rozpływaj, się w wodzie. Przyczyny tego zjawiska nie są jeszcze w pełni ilościowo wyjaśnione.

Pierścieniowe wiry można również wytworzyć w gazie (rys. 3). Do tego celu wystarczy okrągłe plastykowe pudełko od margaryny (1). W środku jego dna należy wyciąć otwór o średnicy 8-10 mm. Pudełko trzeba napełnić dymem. Stanowczo odradzam używanie do tego celu dymu papierosowego. Sformułowana przez Hipokratesa zasada primum non nocere (przede wszystkim nie szkodzić) obowiązuje również prowadzących badania naukowe i amatorskie eksperymenty. Lepiej zamknąć pudełko pokrywką (3), wsunąć do niego przez otwór w dnie trzymany w ręku tlący się zwitek papieru lub popularne ostatnio kadzidełko zapachowe. Po kilkudziesięciu sekundach „zadymiacz” należy usunąć. Dla ułatwienia obserwacji otwór pudełka dobrze jest skierować pod światło, np. lampy lub latarki kieszonkowej. Teraz trzeba lekko uderzyć palcami w wieczko pudełka w kierunku wskazanym strzałką. Zauważymy wówczas pierścieniowe wiry (4) utworzone z wypływającego przez otwór dymu. Wiry te oddalają się od dna i powoli rozpływają w powietrzu. Na zakończenie warto zadać sobie pytanie, czy występują jakieś analogie między wirami tworzonymi przez dym i roztwór soli?

Małą Deltę przygotował Stanisław BEDNAREK




Komentarze + Dodaj komentarz
Zapraszamy do wyrażania opinii, redakcja portalu Interklasa.
 
Nasi partnerzy:
MEN SchoolNet eTwinning Związek Powiatów Polskich PCSS
Cisco OFEK Przyjazna Szkoła Fundacja Junior FIO CEO
Parafiada net PR Orange IMAX Cinema City WSP TWP
IMAGE PPI-ETC ArcaVir Master Solution Device


Projekt Polski Portal Edukacyjny Interkl@sa
powstał i był realizowany w latach 2000-2011 dzięki wsparciu
Polsko-Amerykańskiej Fundacji Wolności.

W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej "Polityce Prywatności".


Pytania i uwagi: portal@interklasa.pl

Regulamin portalu /  Polityka prywatności /  Ochrona własności intelektualnej /  Zasady korzystania / 
Wyłączenie odpowiedzialności /  Biuro prasowe /  Zasady współpracy /  Redakcja /  Kontakt

Przejdź na stronę ucznia Przejdź na stronę nauczyciela Przejdź na stronę rodzica Certyfikat sieciaki.pl Przyjazna strona kidprotect.pl