Jeśli robiłeś doświadczenie pt. “Picie przez słomkę. Na Księżycu.” (Propozycja 46), to wiesz, że otaczające nas powietrze wywiera ciśnienie atmosferyczne, które jest w stanie wepchnąć np. wodę w obszar, w którym panuje niższe ciśnienie. Dzięki temu picie przez słomkę jest w ogóle możliwe. Okazuje się, że podobny mechanizm odpowiada za to, że samolot unosi się w powietrzu.
DOŚWIADCZENIE 1
Przygotuj:
- piłeczkę pingpongową
- lejek
W tej zabawie chodzi o to, by, poprzez dmuchnięcie w lejek, w którym znajduje się piłeczka, wystrzelić ją jak najdalej.
Włóż piłeczkę do lejka. Ustaw lejek pod kątem około 45° do góry i dmuchnij w węższy koniec lejka najmocniej jak potrafisz.
Jeśli się nie udało, to spróbuj ponownie, tym razem dmuchając mocniej i dłużej.
Znów się nie udało? Tak naprawdę, nie miało prawa się udać. Nie da się, poprzez dmuchanie, wypchnąć piłeczki z lejka. Zanim wyjaśnię, dlaczego tak jest, wykonaj jeszcze jedno proste doświadczenie.
DOŚWIADCZENIE 2
Przygotuj:
- kartkę papieru
- kilka grubych książek
- suszarkę do włosów
Ułóż dwa równe stosy z książek w odległości około 15 cm.
Połóż kartkę na stosach.
Ustaw suszarkę tak, by po włączeniu strumień powietrza przepływał pod kartką.
Zanim włączysz suszarkę, zastanów się, jakiego efektu się spodziewasz!
Teraz włącz suszarkę.
Kartka wygięła się w dół, w kierunku strumienia powietrza! Czy przewidziałeś taki rezultat?
Jeśli tak, to gratuluję intuicji. Jeśli nie, to się nie przejmuj. Większość osób w tej sytuacji spodziewa się, że pęd powietrza z suszarki po prostu zdmuchnie kartkę.
Prawo Bernoulliego
W 1738 roku Daniel Bernoulli sformułował prawo fizyczne, które na jego cześć nazywamy prawem Bernoulliego. Z prawa tego wynika, że im szybciej gaz przepływa, tym mniejsze ciśnienie wywiera. To tłumaczy zachowanie piłeczki i kartki w naszych doświadczeniach.
W doświadczeniu z kartką mamy do czynienia z następującą sytuacją: nad kartką znajduje się nieruchome powietrze**, które wywiera ciśnienie atmosferyczne. Pod kartką przepływa powietrze o dużej szybkości. Zgodnie z prawem Bernoulliego powietrze pod kartką wywiera mniejsze ciśnienie niż powietrze nad kartką. Tak, jak w doświadczeniu ze słomką, ciśnienie atmosferyczne wpychało wodę w obszar o niższym ciśnieniu, tak w tym przypadku ciśnienie atmosferyczne wepchnęło kartkę w obszar, w którym panuje niższe ciśnienie.
Podobna sytuacja miała miejsce w doświadczeniu z piłeczką i lejkiem. Wdmuchiwane do lejka powietrze nie wypchnęło piłeczki, ponieważ strumień powietrza, w którym znalazła się piłeczka wywierał mniejsze ciśnienie niż powietrze na zewnątrz.
Im mocniej się dmucha, tym większa jest różnica ciśnień i tym bardziej nie da się wyrzucić piłeczki z lejka. Żeby to zademonstrować użyłam kompresora, który wywołuje bardzo szybki przepływ powietrza. Dmuchając tak mocno można nawet ustawić lejek do góry nogami, a piłeczka i tak nie wypadnie.
DOŚWIADCZENIE 3
Przygotuj:
- piłeczkę pingpongową
- suszarkę do włosów
Włącz suszarkę i ustaw tak, by dmuchała pionowo do góry. Włóż piłeczkę w strumień powietrza i obserwuj.
Możesz nawet lekko wytrącić piłeczkę z położenia równowagi, a ona wróci na środek strumienia. Zobacz filmik poniżej.
Wyjaśnienie jest takie samo, jak we wcześniejszych doświadczeniach. Strumień przepływającego powietrza ma mniejsze ciśnienie niż powietrze dookoła i dlatego piłeczka jest do niego zasysana.
DOŚWIADCZENIE 4
Nadszedł czas, by zrozumieć dlaczego samolot lata.
Przygotuj:
- kartkę papieru
- nożyczki
- taśmę klejącą
- opcjonalnie: suszarkę do włosów
Wytnij pasek z papieru o wymiarach około 7x13 cm.
Lekko wygnij pasek, by „mniej więcej” przypominał skrzydło samolotu, tak jak jest to pokazane na zdjęciu.
Pasek z jednej strony przyklej do stołu taśmą klejącą.
Dmuchnij (możesz użyć suszarki) od strony taśmy klejącej, tak aby strumień powietrza przemieszczał się poziomo nad paskiem.
Pasek uniósł się ku górze!
Powietrze nad paskiem miało większą prędkość niż powietrze pod paskiem. Zgodnie z prawem Bernoulliego powstała różnica ciśnień, która wywołała powstanie skierowanej do góry siły nośnej. Właśnie ta siła wypycha skrzydła samolotu, a więc i cały samolot, ku górze. Sekret tkwi w odpowiednim kształcie skrzydeł samolotu, który powoduje, że prędkość strugi powietrza nad skrzydłem jest większa niż pod nim. Aby powstała odpowiednio duża różnica tych szybkości, co za tym idzie wystarczająco duża różnica ciśnień, by wytworzona siła nośna podniosła samolot, musi on nabrać odpowiedniej prędkości nim wzbije się w powietrze. Dlatego samolot najpierw rozpędza się na pasie startowym i nie ma możliwości, żeby z miejsca rozpoczął lot.
Siła nośna, chociaż bardzo użyteczna w przypadku samolotu, bywa również niszczycielska. Wykonywaliśmy doświadczenie wyobrażając sobie, że papierowy pasek jest skrzydłem samolotu. Teraz wyobraź sobie, że pasek użyty w eksperymencie to dach budynku. (Możesz powtórzyć eksperyment, zginając papierowy pasek, tak by przypominał kształtem dach). Podczas huraganu, wiejący poziomo wiatr potrafi zerwać dach i porwać go do góry. Teraz już wiesz dlaczego tak jest.
A na koniec- ciekawostka 🙂
Siła nośna wykorzystywana jest również w wyścigach samochodowych. Samochód wyścigowy wyposażony jest w skrzydła! Na dodatek bolid Formuły 1 bez problemu osiąga szybkość, którą potrzebuje samolot, by wzbić się w powietrze. Dlaczego w takim razie samochód nie odlatuje?
Otóż, skrzydła te zamontowane są na odwrót, by siła nośna była skierowana w dół. Dzięki temu pojazd jest mocniej dociskany do toru, co zwiększa jego przyczepność i pozwala np. z większą prędkością wchodzić w zakręty.
**Jak już wiesz, cząsteczki powietrza trwają w nieustannym ruchu, jednak jest to ruch zupełnie chaotyczny: każda molekuła przemieszcza się „w swoją stronę”, zderza z innymi i ciągle zmienia kierunek, w którym się porusza. Dlatego, pisząc o nieruchomym powietrzu, mam na myśli powietrze nie przepływające w żadną konkretną stronę.
Miłej zabawy!
Aleksandra Kowalska
0 komentarzy