Prečo sa v prievane zabuchnú dvere? Prečo dve nákladné lode nemôžu plávať blízko pri sebe v protismere bez zrážky? Prečo je cyklista priťahovaný k rýchlo idúcemu kamiónu?
Videonávod tohto experimentu, ako aj všetkých predchádzajúcich, nájdete na stránke video.matfyzjein.sk/experimenty.
Pomôcky
Ručný sušič na vlasy, ľahké loptičky s rôznymi rozmermi, ideálne napr. pingpongová loptička, polystyrénové gule či plastové loptičky
Postup
Sušič zapneme na najsilnejší prúd vzduchu a nasmerujeme ho nahor. Do prúdu vzduchu postupne ukladáme loptičky s rôznymi veľkosťami a hmotnosťami a pozorujeme.
Alternatíva
Pingpongovú loptičku lepiacou páskou pripevníme na špagát. Z vodovodu pustíme stredný prúd vody a loptičku doň kmitavým pohybom umiestnime.
Pozorovanie
Loptičky v prúde vzduchu či vody v podstate uviaznu. Väčšinou sa točia a poskakujú, ale zostanú v ňom.
Určite sa medzi loptičkami nájdu aj také, ktoré sa v prúde vzduchu neudržia. Ide o loptičky, ktoré sú veľmi ťažké a spadnú priamo na sušič, alebo loptičky, ktoré majú priemer výrazne väčší, ako je priemer sušiča, a teda aj priemer prúdu vzduchu. Prípadne sú to loptičky, ktoré sú veľmi ľahké a doslova ich prúd vzduchu odfúkne. Keby sme to skúsili napríklad s balónom naplneným vzduchom, je pravdepodobné, že balón uletí mimo prúdu vzduchu.
Vysvetlenie
O tom, či sa nám pokus podarí, rozhoduje niekoľko parametrov: priemer a hmotnosť loptičky a sila sušiča. Ak však použijeme pingpongovú loptičku a klasický sušič, tak nám pokus s veľkou pravdepodobnosťou vyjde. Pri skúšaní rôznych loptičiek si môžeme užiť zábavu. Nám sa dokonca podarilo nájsť loptičku, ktorá sa najskôr v prúde vzduchu natoľko rozkmitala, až z neho nakoniec vypadla.
Poďme si najskôr vysvetliť, prečo sa loptička v prúde vzduchu udrží. Smerom nadol na ňu pôsobí tiažová sila a smerom nahor odporová sila vzduchu. Keď sa tieto dve sily vyrovnajú, loptička zostane na mieste. Čo sa však deje, keď sa ju snažíme vytlačiť z prúdu vzduchu? Keď sa loptička posunie vpravo, vľavo od nej začne prúdiť viac vzduchu a tlaková sila ju vtiahne naspäť. Keď sa vychýli vľavo, prúd vzduchu ju zasa vtiahne doprava. Keďže reálne prúdenie vzduchu nie je také ideálne ako na obrázku a v okolí loptičky vznikajú rôzne víry, loptička poskakuje okolo rovnovážnej polohy, a to nielen sprava doľava, ale aj hore a dolu.
Prečo však loptička zostane v prúde vzduchu, aj keď sušič nakloníme? Tiažová sila pôsobí smerom nadol, odporová sila pod určitým uhlom smerom nahor. Ich súčtom je sila, ktorá ťahá loptičku von z prúdu vzduchu. Ak však túto silu prekoná tlaková sila prúdu vzduchu, loptička zostane v prúde.
Bernoulliho princíp
Za všetky tieto javy môže Bernoulliho princíp, ktorý poskytuje odpovede aj na otázky položené v úvode. Bernoulliho rovnica zjednodušene hovorí, že tam, kde prúdi vzduch rýchlejšie, je menší tlak, a objekty sú do toho miesta vťahované. Preto je aj loptička vťahovaná do miesta s menším tlakom, teda tam, kde prúdi viac vzduchu.
Preto keď máme v prievane dvere len trochu pootvorené, namiesto toho, aby ich vietor otvoril dokorán, ich prudko pribuchne. Keď dve lode plávajú oproti sebe, medzi nimi je voda strhávaná jednou loďou jedným smerom a druhou druhým smerom, rýchlosti sa sčítavajú a prúdenie medzi loďami je rýchlejšie ako prúdenie na vonkajších stranách lodí. Teraz už vieme, že je tam menší tlak, lode sa k sebe pritiahnu a dôjde k zrážke. Takisto aj rýchlo idúci kamión spôsobí na strane cyklistu rýchlejšie prúdenie vzduchu a ten je do tohto prúdu vťahovaný.
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.
