Ľudia majú väčšinou radi rovnováhu, a to nielen v medziľudských vzťahoch, ale aj tú fyzikálnu. Tento pokus sa bude hrať s rovnováhou, ale mal by vás naviesť aj na krátke premýšľanie o horení zápaliek.
Videonávod tohto experimentu, ako aj všetkých predchádzajúcich, nájdete na stránke video.matfyzjein.sk/experimenty.
Pomôcky
Dve rovnaké vidličky, guma, prípadne korok či plastelína, zápalky, sklený pohár, ceruzka
Postup
Vidličky zapichneme do gumy tak, aby pri pohľade zhora zvierali ich rúčky uhol približne 120 stupňov a pri pohľade spredu boli naklonené asi 45 stupňov k vodorovnej rovine. Do stredu medzi ne vpichneme do gumy ešte jednu zápalku hlavičkou smerom von. Túto balančnú zostavu vieme teraz položiť na okraj skleného pohára približne v polovičke dĺžky zápalky.
Pozorovanie
Presný oporný bod zostavy závisí od tvaru vidličiek, ale aj od hmotnosti materiálu, ktorý sme použili na ich spojenie. Tam, kde sa zápalka opiera, si môžeme poznačiť čiaru ceruzkou a vďaka tejto značke dokážeme zostavu zavesiť napríklad na hrot ceruzky či špagát.
Vysvetlenie
Ak sme zostavu zostrojili symetricky, tak sa jej ťažisko nachádza presne pod zápalkou. Je mimo akéhokoľvek pevného materiálu zostavy, teda úplne mimo telesa. Keďže je však pod zápalkou, zostava pri podpere zápalky je v stabilnej polohe.
Nadstavba
Keď máme zostavu vybalansovanú na okraji pohára, môžeme zápalku držiacu celú zostavu zapáliť. Viete, čo sa bude diať? Zápalka pomaly horí až po okraj pohára a potom:
a) Prehorí cez okraj pohára a zostava spadne.
b) Zostava sa preváži, pretože horením odoberáme hmotu, a spadne.
c) Zhasne, no zostava bude naďalej stabilná na okraji pohára. Teraz by ste si mali pozrieť video alebo pokus realizovať.
Správna odpoveď je, že vidličková zostava zostane stabilne stáť na okraji pohára bez viditeľného narušenia rovnováhy. Zamyslime sa, prečo zápalka prestane horieť presne nad okrajom pohára. Čo je zápalka? Ide o tenké drievko napustené parafínom, ktoré má hlavičku zo zmesi okysličovadla a bežne sa používa na zapaľovanie.
Pokusy so zápalkami
Hypotéza 1: Predpokladajme, že zápalka prestane horieť, keďže sa naruší jemná stabilita
zostavy a horiaca časť smeruje nahor. Keďže zápalka nevie horieť smerom nadol, zhasne.
Pokus 1: Zapálime ju a nasmerujeme jej horiaci koniec nahor.
Výsledok 1: Pokiaľ nie je nijako poškodená, bude horieť ďalej. Parafín, ktorým je napustená, sa topí a steká smerom nadol, takže horieť neprestane len pre náklon. Hypotéza je chybná.
H2: Zápalka prestane horieť, lebo sa dotýka skla.
P2: Zapálime a držíme ju na okraji pohára.
V2: Prestane horieť, hypotéza je správna.
H3: Zápalka prestane horieť, aj keď sa dotýka iných materiálov.
P3: Zapálime ju, jej nehoriacu časť oprieme o rôzne materiály a pozorujeme.
V3: Zhasne, keď sa dotýka materiálov, ako sú napríklad kov, sklo, keramika, drevo atď.
H4: Zápalka prestane horieť, keď sa dotýka tepelne vodivého nehorľavého materiálu.
P4: Môžeme opakovať pokus a prikladať ju k takýmto materiálom.
V4: Naozaj sa nám potvrdila naša hypotéza, že zápalka zhasne, pretože sa dotýka tepelne vodivého nehorľavého materiálu. Môžeme to pozorovať aj na tom, že väčšinou ešte horí na hornom okraji, ale spodný zhasne.
Na internete sa dá nájsť viacero balančných hračiek pre tlač na 3D tlačiarni. My sme pre vás vybrali vybalansovanú vážku. Podklad je dostupný na profile FMFI UK na webovej stránke thingiverse.com/matfyzjein. Smelo do tlačenia.
PaedDr. Soňa Gažáková, PhD.
Foto a video Stanislav Griguš
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Svoje realizácie experimentov môžete posielať na adresu sona.gazakova@fmph.uniba.sk.
