Demonstrációs fizika labor

6.24. Kísérletek folyadékhártyákkal

a) A „drótkengyel” kísérlet

A kísérletek célja

A felületi feszültségből származó erők demonstrálása.

Szükséges anyagok, eszközök

  • fotótál (36 cm x 30 cm-es)
  • szappanoldat (1 liter oldathoz: 100 ml mosogatószer, 200 ml glicerin, 700 ml csapvíz)
  • U alakú drótkeret, könnyen mozgó drótkengyellel

Leírás és feladatok

Öntsük ki a fotótálba a szappanoldatot (elég annyit kitölteni, hogy a drótkeretet bele lehessen mártani az oldatba). Ha szükséges, tisztítsuk meg kissé a drótkeretet, hogy a kengyel könnyedén járjon. Ügyeljünk arra, hogy a cérna pontosan a mozgatható oldal közepére legyen kötve, különben a kengyel nem tud szabadon mozogni. Mártsuk a keretet a szappanoldatba, majd a cérna segítségével feszítsük ki a hártyát. Engedjük el a cérnaszálat. Ekkor a hártya behúzza a kengyelt. A művelet többször is megismételhető. 

6.24a.png

Módszertani kiegészítések

  • Bár a folyadékhártyák viselkedésének leírásához magától értetődően adódik a gumilepedő (gumihártya) mint analógia, a folyadékhártya növekedése azonban nem írható le a Hooke-törvénnyel, így a hasonlat félrevezető.

b) A hártya határán fellépő erők demonstrálása (cérnahurokkal)

A kísérletek célja

Annak demonstrálása, hogy a felületi feszültségből származó erők a felületi hártya minden vonaldarabjára hatnak.

Szükséges anyagok, eszközök

  • fotótál (36 cm x 30 cm-es)
  • szappanoldat
  • drótkeret, amelyre cérna van kötve (a cérnán hurok található)

Leírás

Mártsuk a drótkeretet a rákötözött cérnaszállal az előző feladatban használt szappanoldatba.

  1. Lyukasszuk ki először a hártya egyik felét.
  2. Újra mártsuk a keretet az oldatba, de most a kis hurokban lévő hártyát lyukasszuk ki (pl. tollal, az ujjunkkal, vagy papír sarkával is próbálkozhatunk)!


6.24b.PNG

c) Térbeli minimálfelületek létrehozása

A kísérlet célja
6.24c.PNG

A folyadékhártya akkor van egyensúlyban, amikor a felülete az adott kényszerfeltételek mellett a legkisebb. Ezt demonstrálhatjuk különféle térbeli drótkeretekkel.

Szükséges anyagok, eszközök

  • térbeli drótkeretek
  • szappanoldat

Leírás és feladatok

Mártsuk a különböző drótkereteket a szappanoldatba, és figyeljük meg az egy élben találkozó hártyák által bezárt szögeket!

 

d) Nagyméretű szappanbuborék előállítása.

Szükséges anyagok, eszközök

  • nagyméretű drótkarika, melyre fonál van tekerve körbe, vastagon
  • szappanoldat
  • fotótál (36 cm x 30 cm-es)

Leírás

Öntsük a szappanoldatot a fotótálba, majd mártsuk bele a keretet. Ekkor a keretre hártya feszül ki. A feltekert fonál magába szívja az oldatot. A keretet óvatosan, de nem túl lassan a levegőben mozgatva a hártya „kidudorodik”. A keret forgatásával (finom kézmozdulattal) a buborék a keretről leválasztható.

6.24d.PNG

e) Szappanhártyán kialakuló színek megfigyelése Házi.png

A kísérlet célja
6.24f.PNG

Vékonyréteg interferencia megfigyelése szappanhártyán.

Szükséges anyagok, eszközök

  • teásdoboz (belseje feketére festve)
  • szappanoldat

Leírás

Mártsuk a teásdobozt a szappanoldatba, majd figyeljük meg a doboz száján kialakuló hártya színeit. A dobozt oldallapjára állítva hamarosan színes csíkokat láthatunk a szappanhártyán.

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

  • Kétsugaras interferencia segítségével magyarázzuk meg a szappanhártyán látható színes csíkok létrejöttét.
  • Ha várunk néhány percet, a hártya teteje fekete lesz. Miért?
  • Miért célszerű a teásdoboz belsejét feketére festeni?

 


6.24. Kísérletek folyadékhártyákkal

a) A „drótkengyel” kísérlet

A kísérletek célja

A felületi feszültségből származó erők demonstrálása.

Szükséges anyagok, eszközök

  • fotótál (36 cm x 30 cm-es)
  • szappanoldat (1 liter oldathoz: 100 ml mosogatószer, 200 ml glicerin, 700 ml csapvíz)
  • U alakú drótkeret, könnyen mozgó drótkengyellel

Leírás és feladatok

Öntsük ki a fotótálba a szappanoldatot (elég annyit kitölteni, hogy a drótkeretet bele lehessen mártani az oldatba). Ha szükséges, tisztítsuk meg kissé a drótkeretet, hogy a kengyel könnyedén járjon. Ügyeljünk arra, hogy a cérna pontosan a mozgatható oldal közepére legyen kötve, különben a kengyel nem tud szabadon mozogni. Mártsuk a keretet a szappanoldatba, majd a cérna segítségével feszítsük ki a hártyát. Engedjük el a cérnaszálat. Ekkor a hártya behúzza a kengyelt. A művelet többször is megismételhető. 

6.24a.png

Módszertani kiegészítések

  • Bár a folyadékhártyák viselkedésének leírásához magától értetődően adódik a gumilepedő (gumihártya) mint analógia, a folyadékhártya növekedése azonban nem írható le a Hooke-törvénnyel, így a hasonlat félrevezető.

b) A hártya határán fellépő erők demonstrálása (cérnahurokkal)

A kísérletek célja

Annak demonstrálása, hogy a felületi feszültségből származó erők a felületi hártya minden vonaldarabjára hatnak.

Szükséges anyagok, eszközök

  • fotótál (36 cm x 30 cm-es)
  • szappanoldat
  • drótkeret, amelyre cérna van kötve (a cérnán hurok található)

Leírás

Mártsuk a drótkeretet a rákötözött cérnaszállal az előző feladatban használt szappanoldatba.

  1. Lyukasszuk ki először a hártya egyik felét.
  2. Újra mártsuk a keretet az oldatba, de most a kis hurokban lévő hártyát lyukasszuk ki (pl. tollal, az ujjunkkal, vagy papír sarkával is próbálkozhatunk)!


6.24b.PNG

c) Térbeli minimálfelületek létrehozása

A kísérlet célja
6.24c.PNG

A folyadékhártya akkor van egyensúlyban, amikor a felülete az adott kényszerfeltételek mellett a legkisebb. Ezt demonstrálhatjuk különféle térbeli drótkeretekkel.

Szükséges anyagok, eszközök

  • térbeli drótkeretek
  • szappanoldat

Leírás és feladatok

Mártsuk a különböző drótkereteket a szappanoldatba, és figyeljük meg az egy élben találkozó hártyák által bezárt szögeket!

 

d) Nagyméretű szappanbuborék előállítása.

Szükséges anyagok, eszközök

  • nagyméretű drótkarika, melyre fonál van tekerve körbe, vastagon
  • szappanoldat
  • fotótál (36 cm x 30 cm-es)

Leírás

Öntsük a szappanoldatot a fotótálba, majd mártsuk bele a keretet. Ekkor a keretre hártya feszül ki. A feltekert fonál magába szívja az oldatot. A keretet óvatosan, de nem túl lassan a levegőben mozgatva a hártya „kidudorodik”. A keret forgatásával (finom kézmozdulattal) a buborék a keretről leválasztható.

6.24d.PNG

e) Szappanhártyán kialakuló színek megfigyelése Házi.png

A kísérlet célja
6.24f.PNG

Vékonyréteg interferencia megfigyelése szappanhártyán.

Szükséges anyagok, eszközök

  • teásdoboz (belseje feketére festve)
  • szappanoldat

Leírás

Mártsuk a teásdobozt a szappanoldatba, majd figyeljük meg a doboz száján kialakuló hártya színeit. A dobozt oldallapjára állítva hamarosan színes csíkokat láthatunk a szappanhártyán.

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

  • Kétsugaras interferencia segítségével magyarázzuk meg a szappanhártyán látható színes csíkok létrejöttét.
  • Ha várunk néhány percet, a hártya teteje fekete lesz. Miért?
  • Miért célszerű a teásdoboz belsejét feketére festeni?