Demonstrációs fizika labor

5.58. A közegellenállás vizsgálata

a) A közegellenállás alakfüggésének bemutatása

A kísérlet célja

Áramló közegben nyugvó (vagy nyugvó közegben mozgó) testre a közegtől származó közegellenállási erőt befolyásoló tényezők közül a testalak hatásának bemutatása és az alaki tényező közelítő mérése.

Szükséges anyagok, eszközök

  • szélcsatorna (szűkítő szájjal), vagy egy erős hajszárító
  • állványba rögzített, vízszintes dinamométer (rugós erőmérő)
  • tűcsapágyas állványba rögzíthető különböző alakú próbatestek

Leírás

Vízszintes, szűkített szélcsatorna szájától kb. 10 cm-re helyezzük el a tűcsapágyas állványt az egyik oldalán a dinamométerrel, a másik oldalán az egyik belehelyezett próbatesttel, az ábrán látható módon. Az elhelyezésnél a következőkre kell figyelni: 1) a próbatestet tartó rúd legyen merőleges a szélcsatorna tengelyére, 2) a próbatest a szélcsatorna „közepén” legyen, 3) a rúd másik végére cérnával csatlakoztatott dinamométer a rúdra merőleges legyen, a cérnája legyen feszes, de az erőmérő közel 0-t mutasson. A szélcsatorna bekapcsolás után a test elmozdul. Ekkor az erőmérőt húzzuk hátra annyira, hogy a test a kiinduló pozíciójába kerüljön. Olvassuk le a dinamométer állását, majd helyezzünk be egy másik próbatestet. A próbatestek cseréje esetén ügyeljünk arra, hogy a próbatesteket az áramlási térnek mindig azonos helyére tegyük, hogy a forgatónyomatékok erőkarja minden mérésnél ugyanakkora legyen.


5.58a.PNG


5.58b.png

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

  • Gyűjtsünk össze 1-2 technikai alkalmazást, melyekben az alaki tényező ismerete fontos szerepet játszik.
  • Miért fontos, hogy a próbatestet tartó rúd merőleges legyen a szélcsatorna tengelyére?

Módszertani kiegészítések

  • Ha nem csak demonstrálni szeretnénk a közegellenállási erő alaktól való függését, hanem számolni is, akkor figyeljünk arra, hogy olyan próbatesteket válasszunk, amelynek ugyanakkora a homlokfelülete.

b) A közegellenállás sebességfüggésének demonstrálása

A kísérlet célja

A közegellenállási erő sebességtől való függésének bemutatása

Szükséges anyagok, eszközök

  • 9 db papírból készült, nagy nyílásszögű (kb. 120o-os) kúp
  • stopperóra

Leírás

Ejtsünk le először egy, majd négy, végül 9 egymásba helyezett papírkúpot 2-3 m magasból (hegyes végükkel lefelé), és mérjük az esés idejét! Rövid kezdeti szakasz után a kúpok állandó sebességgel mozognak, így a kúpokra ható nehézségi erő ezen szakasz után megegyezik a közegellenállási erővel.


5.58c.png

Feladatok

  • Foglaljuk az adatokat táblázatba, majd határozzuk meg, hogyan függ a közegellenállási erő a sebességtől. (Hanyagoljuk el a kezdeti, tranziens szakaszt.)

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

  • Miért mozog a kúp a kezdeti szakasz után egyenletes sebességgel?

Módszertani kiegészítések

  • Érdemes a kísérlethez kapcsolódóan az alábbi szemléletes videókat bemutatni.

Közegellenállás hatása visszatérő űrjárműre – Apollo 13 filmrészlet

Víz alatt saját magára lövő tudós

 

 


5.58. A közegellenállás vizsgálata

a) A közegellenállás alakfüggésének bemutatása

A kísérlet célja

Áramló közegben nyugvó (vagy nyugvó közegben mozgó) testre a közegtől származó közegellenállási erőt befolyásoló tényezők közül a testalak hatásának bemutatása és az alaki tényező közelítő mérése.

Szükséges anyagok, eszközök

  • szélcsatorna (szűkítő szájjal), vagy egy erős hajszárító
  • állványba rögzített, vízszintes dinamométer (rugós erőmérő)
  • tűcsapágyas állványba rögzíthető különböző alakú próbatestek

Leírás

Vízszintes, szűkített szélcsatorna szájától kb. 10 cm-re helyezzük el a tűcsapágyas állványt az egyik oldalán a dinamométerrel, a másik oldalán az egyik belehelyezett próbatesttel, az ábrán látható módon. Az elhelyezésnél a következőkre kell figyelni: 1) a próbatestet tartó rúd legyen merőleges a szélcsatorna tengelyére, 2) a próbatest a szélcsatorna „közepén” legyen, 3) a rúd másik végére cérnával csatlakoztatott dinamométer a rúdra merőleges legyen, a cérnája legyen feszes, de az erőmérő közel 0-t mutasson. A szélcsatorna bekapcsolás után a test elmozdul. Ekkor az erőmérőt húzzuk hátra annyira, hogy a test a kiinduló pozíciójába kerüljön. Olvassuk le a dinamométer állását, majd helyezzünk be egy másik próbatestet. A próbatestek cseréje esetén ügyeljünk arra, hogy a próbatesteket az áramlási térnek mindig azonos helyére tegyük, hogy a forgatónyomatékok erőkarja minden mérésnél ugyanakkora legyen.


5.58a.PNG


5.58b.png

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

  • Gyűjtsünk össze 1-2 technikai alkalmazást, melyekben az alaki tényező ismerete fontos szerepet játszik.
  • Miért fontos, hogy a próbatestet tartó rúd merőleges legyen a szélcsatorna tengelyére?

Módszertani kiegészítések

  • Ha nem csak demonstrálni szeretnénk a közegellenállási erő alaktól való függését, hanem számolni is, akkor figyeljünk arra, hogy olyan próbatesteket válasszunk, amelynek ugyanakkora a homlokfelülete.

b) A közegellenállás sebességfüggésének demonstrálása

A kísérlet célja

A közegellenállási erő sebességtől való függésének bemutatása

Szükséges anyagok, eszközök

  • 9 db papírból készült, nagy nyílásszögű (kb. 120o-os) kúp
  • stopperóra

Leírás

Ejtsünk le először egy, majd négy, végül 9 egymásba helyezett papírkúpot 2-3 m magasból (hegyes végükkel lefelé), és mérjük az esés idejét! Rövid kezdeti szakasz után a kúpok állandó sebességgel mozognak, így a kúpokra ható nehézségi erő ezen szakasz után megegyezik a közegellenállási erővel.


5.58c.png

Feladatok

  • Foglaljuk az adatokat táblázatba, majd határozzuk meg, hogyan függ a közegellenállási erő a sebességtől. (Hanyagoljuk el a kezdeti, tranziens szakaszt.)

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

  • Miért mozog a kúp a kezdeti szakasz után egyenletes sebességgel?

Módszertani kiegészítések

  • Érdemes a kísérlethez kapcsolódóan az alábbi szemléletes videókat bemutatni.

Közegellenállás hatása visszatérő űrjárműre – Apollo 13 filmrészlet

Víz alatt saját magára lövő tudós