5.50. Nyomás nyugvó folyadékban
a) Vízi buzogány
A kísérlet célja
Pascal törvényének demonstrálása: a folyadékra kifejtett nyomást a folyadék gyakorlatilag gyengítetlenül közvetíti a folyadék belsejébe, valamint a határoló falakra.
Szükséges anyagok, eszközök
Leírás
A buzogányból a kart kihúzva, a dugattyú eltávolítása után tegyük a csap alá a buzogányt, és töltsük fel vízzel. Folyamatos töltés mellett helyezzük vissza a dugattyút, majd nyomjuk be ütközésig. Benyomás közben figyeljük meg buzogány fejéből kifolyó vízsugarat.
Vigyázat!
A vízi buzogány általában üvegből készül, könnyen törik.
Kísérlethez kapcsolódó kérdések
- Gyűjtsünk össze 1-2 hétköznapi jelenséget, vagy technikai alkalmazást, melyekben a Pascal-törvény szerepet játszik.
Módszertani kiegészítések
- Ha nem áll rendelkezésünkre vízi buzogány, akkor hasonló kísérlet végezhető el egy több helyen (vastag) tűvel kilyukasztott uzsonnás zacskó, lufi vagy műanyag palack segítségével is.
b) Hidrosztatikai nyomás
A kísérlet célja
A hidrosztatikai nyomás mélységtől való függésének demonstrálása
Szükséges anyagok, eszközök
- mindkét végén nyitott üvegcső
- az üvegcsőre illeszkedő sapka, melyre madzag van rögzítve
- Bunsen-állvány, dió, nagy méretű kémcsőfogó
- főzőpoharak (600 ml és 250 ml), víz
Leírás
Az üvegcsövet rögzítsük egy kémcsőfogóval függőlegesen egy Bunsen állvány segítségével. A madzagot bújtassuk át a nyitott üvegcsövön. Ezt követően a madzagot felfelé húzva az üvegcső (alsó) végét zárjuk le, majd engedjük bele a lezárt üvegcsövet egy vízzel telt nagyobb főzőpohárba. (Ehhez a Bunsen-állványhoz kapcsolódó dió megfelelő csavarját kell meglazítani). Ha jól csináltuk, akkor a madzagot meglazítva is ott marad a sapka, és csak minimálisan szivárog bele a víz. Öntsünk a hengerbe vizet és figyeljük meg, mikor válik el a sapka a henger aljától. Magyarázzuk meg a jelenséget!
Kísérlethez kapcsolódó kérdések
- Gyűjtsünk össze 1-2 hétköznapi jelenséget, vagy technikai alkalmazást, melyekben a hidrosztatikai nyomás szerepe nem elhanyagolható.
Módszertani kiegészítések
- Pascal nevéhez fűződik az alábbi, a hidrosztatikai nyomás hatását bemutató kísérlet is: hogyan lehet szétrobbantani 1 liter vízzel egy hordót, amely tele van borral? A kérdés jó gondolkodtató feladatnak is. A megoldás: a hordóba szorosan illesztünk egy nagyon hosszú, kis keresztmetszetű üvegcsövet, amelybe azután beleöntjük a vizet. Ha kicsi a cső keresztmetszete, akkor magas lesz a vízoszlop magassága, így nagy lesz az általa kifejtett hidrosztatikai nyomás is. (A kísérlet illusztrációja megtalálható ezen a weblapon.)
- A Pascal-féle hordókísérlet után érdemes egy egyszerűsített ábrán megbeszélni, hogy milyen szerepet játszik a Pascal-törvény a hordó szétrobbanásában. Számítsuk is ki, hogy ha a hordós kísérletben egy 5 m magas 2 cm2 keresztmetszetű üvegcsőbe öntjük az 1 liter vizet, akkor mennyivel nő a hordó alján a nyomás. (A hordót helyettesíthetjük egy fél méter oldalhosszúságú (üreges) kockával.) Érdemes nyomástérképet is készíteni, mert a tévhitek között szerepel, hogy például a kocka jobb felső sarkában a nyomás nulla, vagy azt, hogy a kocka jobb alsó sarkában a nyomás nem függ a csőbe öntött víz mennyiségétől.
c) Közlekedőedények egynemű (homogén) anyaggal
A kísérlet célja
Közlekedőedények elvének bemutatása
Szükséges anyagok, eszközök
- demonstrációs közlekedőedény
- Bunsen-állvány, dió, kis kémcsőfogó
Leírás
A demonstrációs közlekedőedény egy olyan eszköz, melyben különböző alakú üvegcsövek ágaznak le egy tartályról. Ha feltöltjük az eszközt homogén folyadékkal, akkor a száraiban azonos magasságban fog megállapodni a folyadék.
Kísérlethez kapcsolódó kérdések
- Figyeljük meg az edény szárában lévő folyadékok szintjét. Az eszközt enyhén megdöntve mit tapasztalunk?
- Gyűjtsünk össze 1-2 technikai alkalmazást, mely a közlekedőedény elvén alapul.
Módszertani kiegészítések
- A kísérlet magyarázata nehézséget szokott jelenteni a hallgatóknak, pedig egyszerűen csak annyit mutat, hogy a hidrosztatikai nyomás független a tartály alakjától, csak a folyadékszint magasságától függ (amennyiben a cső nem túl keskeny). Ha a különböző szárakban más lenne a nyomás, akkor áramlások indulnának be, amit nem tapasztalunk.
- Ehhez a jelenséghez kapcsolódik a hidrosztatikai paradoxon is, ami technikailag nehézkes, de videón mindenképpen érdemes bemutatni.
d) Közlekedő edények többnemű anyaggal
A kísérlet célja
Közlekedő edények elve alapján folyadék sűrűségének mérése
Szükséges anyagok, eszközök
- „U” alakú üvegcső
- két egymással nem elegyedő folyadék (például desztillált víz és benzin)
Leírás
„U” alakú csőben rétegezzünk egymásra két nem elegyedő, különböző sűrűségű folyadékot, például festett desztillált vízre benzint. A két szárban (a képen látható módon) nem egyenlő magasságban állapodnak meg a folyadékszintek.
Feladatok
- A folyadékszintek lemérésével határozzuk meg a benzin sűrűségét! Használjuk fel. hogy a (kékre festett) víz sűrűsége 1100 kg/m3. Vessük össze a benzin mért sűrűségét az irodalmi értékkel!
Módszertani kiegészítések
5.50. Nyomás nyugvó folyadékban
a) Vízi buzogány
A kísérlet célja
Pascal törvényének demonstrálása: a folyadékra kifejtett nyomást a folyadék gyakorlatilag gyengítetlenül közvetíti a folyadék belsejébe, valamint a határoló falakra.
Szükséges anyagok, eszközök
Leírás
A buzogányból a kart kihúzva, a dugattyú eltávolítása után tegyük a csap alá a buzogányt, és töltsük fel vízzel. Folyamatos töltés mellett helyezzük vissza a dugattyút, majd nyomjuk be ütközésig. Benyomás közben figyeljük meg buzogány fejéből kifolyó vízsugarat.
Vigyázat!
A vízi buzogány általában üvegből készül, könnyen törik.
Kísérlethez kapcsolódó kérdések
- Gyűjtsünk össze 1-2 hétköznapi jelenséget, vagy technikai alkalmazást, melyekben a Pascal-törvény szerepet játszik.
Módszertani kiegészítések
- Ha nem áll rendelkezésünkre vízi buzogány, akkor hasonló kísérlet végezhető el egy több helyen (vastag) tűvel kilyukasztott uzsonnás zacskó, lufi vagy műanyag palack segítségével is.
b) Hidrosztatikai nyomás
A kísérlet célja
A hidrosztatikai nyomás mélységtől való függésének demonstrálása
Szükséges anyagok, eszközök
- mindkét végén nyitott üvegcső
- az üvegcsőre illeszkedő sapka, melyre madzag van rögzítve
- Bunsen-állvány, dió, nagy méretű kémcsőfogó
- főzőpoharak (600 ml és 250 ml), víz
Leírás
Az üvegcsövet rögzítsük egy kémcsőfogóval függőlegesen egy Bunsen állvány segítségével. A madzagot bújtassuk át a nyitott üvegcsövön. Ezt követően a madzagot felfelé húzva az üvegcső (alsó) végét zárjuk le, majd engedjük bele a lezárt üvegcsövet egy vízzel telt nagyobb főzőpohárba. (Ehhez a Bunsen-állványhoz kapcsolódó dió megfelelő csavarját kell meglazítani). Ha jól csináltuk, akkor a madzagot meglazítva is ott marad a sapka, és csak minimálisan szivárog bele a víz. Öntsünk a hengerbe vizet és figyeljük meg, mikor válik el a sapka a henger aljától. Magyarázzuk meg a jelenséget!
Kísérlethez kapcsolódó kérdések
- Gyűjtsünk össze 1-2 hétköznapi jelenséget, vagy technikai alkalmazást, melyekben a hidrosztatikai nyomás szerepe nem elhanyagolható.
Módszertani kiegészítések
- Pascal nevéhez fűződik az alábbi, a hidrosztatikai nyomás hatását bemutató kísérlet is: hogyan lehet szétrobbantani 1 liter vízzel egy hordót, amely tele van borral? A kérdés jó gondolkodtató feladatnak is. A megoldás: a hordóba szorosan illesztünk egy nagyon hosszú, kis keresztmetszetű üvegcsövet, amelybe azután beleöntjük a vizet. Ha kicsi a cső keresztmetszete, akkor magas lesz a vízoszlop magassága, így nagy lesz az általa kifejtett hidrosztatikai nyomás is. (A kísérlet illusztrációja megtalálható ezen a weblapon.)
- A Pascal-féle hordókísérlet után érdemes egy egyszerűsített ábrán megbeszélni, hogy milyen szerepet játszik a Pascal-törvény a hordó szétrobbanásában. Számítsuk is ki, hogy ha a hordós kísérletben egy 5 m magas 2 cm2 keresztmetszetű üvegcsőbe öntjük az 1 liter vizet, akkor mennyivel nő a hordó alján a nyomás. (A hordót helyettesíthetjük egy fél méter oldalhosszúságú (üreges) kockával.) Érdemes nyomástérképet is készíteni, mert a tévhitek között szerepel, hogy például a kocka jobb felső sarkában a nyomás nulla, vagy azt, hogy a kocka jobb alsó sarkában a nyomás nem függ a csőbe öntött víz mennyiségétől.
c) Közlekedőedények egynemű (homogén) anyaggal
A kísérlet célja
Közlekedőedények elvének bemutatása
Szükséges anyagok, eszközök
- demonstrációs közlekedőedény
- Bunsen-állvány, dió, kis kémcsőfogó
Leírás
A demonstrációs közlekedőedény egy olyan eszköz, melyben különböző alakú üvegcsövek ágaznak le egy tartályról. Ha feltöltjük az eszközt homogén folyadékkal, akkor a száraiban azonos magasságban fog megállapodni a folyadék.
Kísérlethez kapcsolódó kérdések
- Figyeljük meg az edény szárában lévő folyadékok szintjét. Az eszközt enyhén megdöntve mit tapasztalunk?
- Gyűjtsünk össze 1-2 technikai alkalmazást, mely a közlekedőedény elvén alapul.
Módszertani kiegészítések
- A kísérlet magyarázata nehézséget szokott jelenteni a hallgatóknak, pedig egyszerűen csak annyit mutat, hogy a hidrosztatikai nyomás független a tartály alakjától, csak a folyadékszint magasságától függ (amennyiben a cső nem túl keskeny). Ha a különböző szárakban más lenne a nyomás, akkor áramlások indulnának be, amit nem tapasztalunk.
- Ehhez a jelenséghez kapcsolódik a hidrosztatikai paradoxon is, ami technikailag nehézkes, de videón mindenképpen érdemes bemutatni.
d) Közlekedő edények többnemű anyaggal
A kísérlet célja
Közlekedő edények elve alapján folyadék sűrűségének mérése
Szükséges anyagok, eszközök
- „U” alakú üvegcső
- két egymással nem elegyedő folyadék (például desztillált víz és benzin)
Leírás
„U” alakú csőben rétegezzünk egymásra két nem elegyedő, különböző sűrűségű folyadékot, például festett desztillált vízre benzint. A két szárban (a képen látható módon) nem egyenlő magasságban állapodnak meg a folyadékszintek.
Feladatok
- A folyadékszintek lemérésével határozzuk meg a benzin sűrűségét! Használjuk fel. hogy a (kékre festett) víz sűrűsége 1100 kg/m3. Vessük össze a benzin mért sűrűségét az irodalmi értékkel!
Módszertani kiegészítések
