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.
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.
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
Tweet