Noen av eksperimentene utført høsten 2012

Disse eksperimentene er ment for å illustrere pensum i kurset.

Hydrostatisk trykk i opp-ned glass med løst lokk under (24.september, 26.september, 15.oktober, 21.november, 28.november)

Glasset G er fyllt med vann med tetthet rho.  Under glasset har vi et løst lokk L med masse m.  Under lokket har vi luft med trykk p0.  Glassets åpning har tverrsnitt A.  Lokket faller ikke ned selv om det er vann over og luft under!  Finn trykket i vannet i glasset.

Hint: Se på kraftbalansen mellom de fire kreftene som virker på det løse lokket L: (1) Tyngdekraften mg virker ned, (2) lufttrykket virker med en kraft p0A opp, (3) vanntrykket virker med en kraft pA ned, og (4) det virker en kraft (K) fra glasskanten på lokket rettet nedover.  Siden lokket er i ro, så må vi i henhold til Newtons lov ha at summen av disse kreftene er lik null.  Dersom vi benytter at K > 0, kan vi utlede en ulikhet for øvre grense for trykket i vannet.  Forøvrig er trykket på vilkårlig sted i vannet inni glasset gitt ved formelen for hydrostatisk trykk.

 

Hydrostatisk trykk i plastflaske uten lokk (24.september, 26.september)

Ta ei plastflaske uten lokk, fyll den halvt opp med vann, sett den på ei kjøkkenvekt og les av hvor mye den veier.  Klem så flaska sammen på midten, slik at vannet stiger opp inni flaska.  Ifølge formelen for hydrostatisk trykk skal nå vanntrykket på bunnen av flaska være større fordi væskehøyden har blitt større.  Les av på kjøkkenvekta hvor mye den veier nå.  Stemmer den nye vekta overens med at vanntrykket på bunnen av flaska har blitt større?

Hint: Den totale vertikale trykkraften fra vannet på flaska får bidrag både fra bunnen av flaska og fra de stedene hvor flaskeveggene ikke er vertikale.

 

Hydrodynamisk og aerodynamisk løft (24. oktober)

Ta en lang strimmel med papir, hold den fast i den ene enden, blås så hardt du kan på langs på oversiden.  Kan du få den til å løfte på seg?

Ta to lange strimler med papir, hold de fast i den ene enden, en i hver hånd, hold de parallelt med hverandre et lite stykke fra hverandre, blås så hardt du kan på langs mellom dem.  Kan du observere at de har en tendens til å klistre seg sammen heller enn å bli separert?

Hint: Prøv å forklare det du observerer ved hjelp av Bernoullis likning: Når hastigheten er stor er trykket lite, når hastigheten er liten er trykket stort.

 

Skruball (eller skrusylinder) (24. oktober)

Ta en papp-sylinder (slik som vi finner i midten av en rull tørkepapir), surr en hyssing rundt den, stå på et høyt sted og la sylinderen rulle seg ut mens den faller ned.  Legg merke til om den faller rett ned eller går til en av sidene.  Forklar dette ved hjelp av Bernoullis likning!

Hint: Det er en viss friksjon mellom lufta og sylinderen som fører til at når sylinderen roterer så vil den dra med seg noe luft og sette opp en svak sirkulasjonsbevegelse i lufta rundt seg.

 

Utstrømningshastighet fra tank (29.oktober)

Se figur 10.7 og kapittel 10.6.1 i kompendiet.

Vi har et kar med diameter 17cm som har en tut med diameter 1cm.  Karet er åpent, med luft over vannoverflaten.  Når karet tømmes vil vannoverflaten synke.  Finn ut hvor fort karet tømmes.

Resultatene fra eksperimentet ligger her: toricelli.ods toricelli.pdf

Hint: For en svært foreklet analyse kan vi benytte Toricellis lov samtidig som vi ser bort fra at vannoverflaten synker (kolonne O i regnearket).  I en litt mer nøyaktig analyse kan vi ta hensyn til synkefarten til vannoverflaten, dette leder oss til en ordinær differensiallikning som lar seg løse ved at den er separabel (kolonne Q i regnearket).

 

Hevert: tømme vann fra et kar ved hjelp av en plastslange (21.november, 28.november)

Se oppgave 10.9 i kompendiet.  Hvor fort renner vannet?

Hint: Tegn opp en strømlinje fra der hvor vannet er i kontakt med luft på det ene stedet til der hvor vannet er i kontakt med luft det andre stedet, og bruk Bernoullis likning.  To ekstreme ytterligheter:  Dersom vi tapper vann fra en stor innsjø kan vi se bort fra at vannoverflaten i innsjøen synker, men dersom vi tapper vann fra et lite kar må vi ta hensyn til at vannoverflaten i karet synker.

 

Hva skjer med ei væske når trykket blir lavt nok? (21.november, 28.november)

Kjøp ei flaske Farris, rist godt på den, og åpne:  Oppløst luft kommer ut, men dette er ikke koking.

Gå deretter til apoteket, kjøp ei plastsprøyte (uten nål), ta litt vann i den, hold tommelen foran tuten for å ikke slippe inn luft, og trekk så stempelet ut så langt det lar seg gjøre: Observer hva som skjer med vannet (det burde se ut som om det koker).

Merk: Når trykket i ei væske blir lavere enn damptrykket til væska så vil den koke.  Se oppgave 10.9c i kompendiet.  (Vi kan bruke Boyles lov, pV=konstant for konstant temperatur, for å beregne lufttrykket inni sprøyta når vi trekker ut stempelet.  Boyles lov er ikke pensum i MEK1100.)  Dersom luftvolumet utvides knapt 50 ganger i sprøyta, så vil vi framprovosere koking.  Er det sannsynlig at vi med ei slik sprøyte vil kunne utvide luftvolumet knapt 50 ganger?

 

Formen til vannoverflaten i et spiralsluk (21.november - vi gjorde ikke eksperimentet, men vi så film)

Ta et stort kar med et sluk (badekar, vask, beholder, etc.), sett i proppen, fyll opp med vann, trekk så ut proppen og sørg for at vannet renner ut sluket i en spiralbevegelse.  Hvilken form har vannoverflaten?

Hint: Bruk hastighetsfeltet for spiralsluk som vi har lært om i kapittel 9 i kompendiet, sett inn i Bernoullis likning med anvendelse på en strømlinje langs vannoverflaten.  Tillat vannoverflaten å ha en høyde (h) som funksjon av radius (r) fra sentrum i sluket.  Vis at vi kan forvente at vannoverflaten har formen h(r) = A/r² hvor A er en konstant.

Publisert 23. nov. 2012 22:47 - Sist endret 28. nov. 2012 13:10