To tylko fizyka

1 | Adam

7. Listopad 2011 o 10:26

Naprawdę fajna sprawa. Coś wspaniałego w ten sposób uczyć dzieci fizyki.

2 | Tomek

24. Maj 2012 o 00:23

Witam, czy mógłby Pan podać dokładniejsze wyjaśnienie zjawiska. Albo polecić literaturę, z której mógłbym się dowiedzieć czegoś więcej ? Czy dany eksperyment można powiązać z prawem Bernoulliego ? Czy wydmuchiwane powietrze przy wlocie balonu nie powoduje spadku ciśnienia przy wlocie i z tąd to zasysanie powietrza do wnętrza balona ? Pozdrawiam

3 | admin

25. Maj 2012 o 15:33

Adresatami moich prezentacji są raczej przedszkolaki niż studenci, więc wolałbym nie odwoływać się do praw i pojęć takich jak np. ciśnienie. Mimo to postaram się krótko wytłumaczyć, tylko proszę o kilka dni cierpliwości, gdyż mam czas dość napięty. W międzyczasie proszę zerknąć do „Krótkiego kursu dmuchania” i „Herbaty z balona”.

4 | admin

29. Maj 2012 o 14:58

W filmie powiedziałem: „Wydmuchiwane powietrze uderza w cząsteczki, które są na zewnątrz. I wszystkie razem – i te wydmuchiwane, i te popychane – wpadają do rury.” Jak to rozwinąć? To może od początku :-).

Powietrze składa się z cząsteczek tak małych, że nie dostrzegamy ich gołym okiem. Poruszają się one chaotycznie we wszystkie strony, zderzają się ze sobą i bombardują przedmioty znajdujące się w otoczeniu (na przykład ścianki naczynia).

Jeśli nic nie zakłóca spokoju cząsteczek – na przykład nie wieją żadne wiatry – to w różnych miejscach przestrzeni wypełnionej powietrzem, jego cząsteczki zachowują się podobnie: poruszają się z podobnymi typowymi prędkościami i wszędzie tych cząsteczek jest podobnie wiele – nie ma miejsc gdzie byłyby one mniej lub bardziej zagęszczone. Cząsteczki mogą wędrować z obszaru do obszaru, jednak do dowolnego obszaru średnio tyle samo cząsteczek wlatuje co z niego wylatuje.

Jeśli z jakiegoś powodu w jakimś miejscu nagle zacznie brakować cząsteczek (staną się one mniej zagęszczone), to natychmiast chaotycznie poruszające się cząsteczki z sąsiednich, gęstszych obszarów zaczną „zaludniać” „wyludniony” obszar.

Strumień powietrza – z ust, z balonika, z suszarki – to cząsteczki, których ruch nie jest już tak chaotyczny. Wiele z nich porusza się w jedną stronę i to jest oczywiście kierunek strumienia.

Co się dzieje, gdy strumień powietrza pojawia się (wywołujemy go, wpuszczamy …) w obszarze, który wcześniej był w równowadze? Cząsteczki powietrza ze strumienia uderzają w cząsteczki powietrza z otoczenia i część z nich „porywają ze sobą”. Stan równowagi zostaje zaburzony, gdyż do obszaru strumienia wlatuje „z boku” mniej więcej tyle samo cząsteczek ile wlatywało wcześniej, natomiast znacznie mniej cząsteczek niż poprzednio wylatuje ze strumienia „na boki” – zostały one „porwane” i poleciały „do przodu”. Strumień zasysa więc cząsteczki znajdujące się z boku i wyrzuca je do przodu.

Gdy na drodze strumienia i „porwanych” cząsteczek ustawimy rękaw, to oczywiście wszystkie one tam wpadną.

Odnosząc się wprost do pytań, ale od końca:

Zwykle wyjaśniając to zjawisko pada słowo „ciśnienie”. Ciśnienie to liczba, która opisuje jak silnie cząsteczki gazu lub cieczy bombardowałyby jakąś powierzchnię przedmiotu, gdyby ten przedmiot znalazł się w miejscu narażonym na takie bombardowanie. Oczywiście ciśnienie jest tym wyższe im więcej bombardujących cząsteczek i im większe są ich typowe prędkości. Wyżej wspominałem o przepływaniu” cząsteczek z miejsca gdzie są one zagęszczone do miejsca gdzie są one rozrzedzone. To oczywiście nic innego jak wyrównywanie ciśnień.

Ciśnienie jest bardzo użytecznym pojęciem gdy gaz lub ciecz są nieruchome. Gdy coś zaczyna się poruszać, przepływać, to trzeba bardzo uważać (gdy wieje wiatr, to ważne jest jak ustawimy żagiel, a ciśnienie słabo to uwzględnia :-)). Dlatego staram się nie nadużywać tego pojęcia (nie zawsze mi się to udaje). Ktoś, kto już rozumie pojęcie ciśnienia zapewne prawidłowo zrozumie wyjaśnienie, że wewnątrz strumienia panuje niższe ciśnienie niż na zewnątrz i dlatego wszystko z boku jest zasysane.

Czy można to powiązać z równaniem Bernouliego? Często się to robi, choć powiązanie nie jest bardzo proste. Najpierw o samym równaniu.

W przypadku skrajnym (skrajności bardzo ułatwiają zrozumienie :-)) równanie Bernoulliego opisuje taką sytuację: Mamy naczynie z płynem (płynami są i ciecze i gazy). Cząsteczki płynu poruszają się chaotycznie we wszystkich kierunkach, a ruch ten ma jakąś typową prędkość. Średnio tyle samo cząsteczek porusza się w naczyniu w lewo, w prawo, w górę, w dół …. Do otworu z boku naczynia podłączamy rurkę i pozwalamy by płyn przez nią wypływał. To zrozumiałe, że wypływać zaczną przede wszystkim te cząsteczki, które znalazły się w pobliżu otworu i miały prędkości skierowane do jego wylotu. Wśród wypływających cząsteczek będzie mniej takich, których prędkości były skierowane w inne strony. Teraz potrzebna jest odrobina wyobraźni. Wsiadamy do łodzi podwodnej i wypływamy rurką razem z naszym płynem. Ponieważ dryfujemy z prądem, to ścianki naszej łodzi odczuwają jedynie uderzenia tych cząsteczek, które są szybsze lub wolniejsze od prądu lub tych, które poruszają się w poprzek. Tak czy siak, tych uderzeń jest mniej niż było, gdy nasza łódź pozostawała w zatkanym naczyniu. A to oznacza, że w wypływającym strumieniu spadło ciśnienie. Równanie Bernoulliego opisuje precyzyjnie jak bardzo spada to ciśnienie w zależności od tego jak szybko wypływa strumień. Zostało ono wyprowadzone w oparciu o zasadę zachowania energii.

Wracając do „powiązania”: równanie Bernouliego opisuje różnicę ciśnień pomiędzy obszarami różnej prędkości przepływu samego strumienia, a nam chodzi o porównanie ciśnienia w strumieniu i na zewnątrz. Tak się składa, że w „codziennych” przypadkach spadek ciśnienia w strumieniu jest dostateczny, by obniżyło się ono poniżej ciśnienia „na zewnątrz”, ale tak być nie musi. Dmuchając na Księżycu z balonika nadmuchanego na Ziemi raczej niczego byśmy do strumienia powietrza nie wciągnęli.

5 | Tomek

26. Czerwiec 2012 o 02:12

Dziękuje serdecznie za odpowiedź. Sam miałem okazję kilka razy prowadzić zajęcia dla uczniów ze szkół podstawowych, w których prezentowałem proste eksperymenty fizyczne. Takie zajęcia dużo uczą gdyż Ci mali odkrywcy czasami zadają pytania na które trudno odpowiedzieć i dzięki którym człowiek może zdać sobie sprawę że zjawisko, które było dla niego w 100 % zrozumiałe okazuje się do końca jasne Dziękuje jeszcze raz za odpowiedź, która rozwiała moje wątpliwości co danego eksperymentu. Pozdrawiam

6 | kacper

19. Sierpień 2012 o 11:33

W filmie powiedziałem: “Wydmuchiwane powietrze uderza w cząsteczki, które są na zewnątrz. I wszystkie razem – i te wydmuchiwane, i te popychane – wpadają do rury.” Jak to rozwinąć? To może od początku :-).
Powietrze składa się z cząsteczek tak małych, że nie dostrzegamy ich gołym okiem. Poruszają się one chaotycznie we wszystkie strony, zderzają się ze sobą i bombardują przedmioty znajdujące się w otoczeniu (na przykład ścianki naczynia).
Jeśli nic nie zakłóca spokoju cząsteczek – na przykład nie wieją żadne wiatry – to w różnych miejscach przestrzeni wypełnionej powietrzem, jego cząsteczki zachowują się podobnie: poruszają się z podobnymi typowymi prędkościami i wszędzie tych cząsteczek jest podobnie wiele – nie ma miejsc gdzie byłyby one mniej lub bardziej zagęszczone. Cząsteczki mogą wędrować z obszaru do obszaru, jednak do dowolnego obszaru średnio tyle samo cząsteczek wlatuje co z niego wylatuje.
Jeśli z jakiegoś powodu w jakimś miejscu nagle zacznie brakować cząsteczek (staną się one mniej zagęszczone), to natychmiast chaotycznie poruszające się cząsteczki z sąsiednich, gęstszych obszarów zaczną “zaludniać” “wyludniony” obszar.
Strumień powietrza – z ust, z balonika, z suszarki – to cząsteczki, których ruch nie jest już tak chaotyczny. Wiele z nich porusza się w jedną stronę i to jest oczywiście kierunek strumienia.
Co się dzieje, gdy strumień powietrza pojawia się (wywołujemy go, wpuszczamy …) w obszarze, który wcześniej był w równowadze? Cząsteczki powietrza ze strumienia uderzają w cząsteczki powietrza z otoczenia i część z nich “porywają ze sobą”. Stan równowagi zostaje zaburzony, gdyż do obszaru strumienia wlatuje “z boku” mniej więcej tyle samo cząsteczek ile wlatywało wcześniej, natomiast znacznie mniej cząsteczek niż poprzednio wylatuje ze strumienia “na boki” – zostały one “porwane” i poleciały “do przodu”. Strumień zasysa więc cząsteczki znajdujące się z boku i wyrzuca je do przodu.
Gdy na drodze strumienia i “porwanych” cząsteczek ustawimy rękaw, to oczywiście wszystkie one tam wpadną.
Odnosząc się wprost do pytań, ale od końca:
Zwykle wyjaśniając to zjawisko pada słowo “ciśnienie”. Ciśnienie to liczba, która opisuje jak silnie cząsteczki gazu lub cieczy bombardowałyby jakąś powierzchnię przedmiotu, gdyby ten przedmiot znalazł się w miejscu narażonym na takie bombardowanie. Oczywiście ciśnienie jest tym wyższe im więcej bombardujących cząsteczek i im większe są ich typowe prędkości. Wyżej wspominałem o przepływaniu” cząsteczek z miejsca gdzie są one zagęszczone do miejsca gdzie są one rozrzedzone. To oczywiście nic innego jak wyrównywanie ciśnień.
Ciśnienie jest bardzo użytecznym pojęciem gdy gaz lub ciecz są nieruchome. Gdy coś zaczyna się poruszać, przepływać, to trzeba bardzo uważać (gdy wieje wiatr, to ważne jest jak ustawimy żagiel, a ciśnienie słabo to uwzględnia :-)). Dlatego staram się nie nadużywać tego pojęcia (nie zawsze mi się to udaje). Ktoś, kto już rozumie pojęcie ciśnienia zapewne prawidłowo zrozumie wyjaśnienie, że wewnątrz strumienia panuje niższe ciśnienie niż na zewnątrz i dlatego wszystko z boku jest zasysane.
Czy można to powiązać z równaniem Bernouliego? Często się to robi, choć powiązanie nie jest bardzo proste. Najpierw o samym równaniu.
W przypadku skrajnym (skrajności bardzo ułatwiają zrozumienie :-)) równanie Bernoulliego opisuje taką sytuację: Mamy naczynie z płynem (płynami są i ciecze i gazy). Cząsteczki płynu poruszają się chaotycznie we wszystkich kierunkach, a ruch ten ma jakąś typową prędkość. Średnio tyle samo cząsteczek porusza się w naczyniu w lewo, w prawo, w górę, w dół …. Do otworu z boku naczynia podłączamy rurkę i pozwalamy by płyn przez nią wypływał. To zrozumiałe, że wypływać zaczną przede wszystkim te cząsteczki, które znalazły się w pobliżu otworu i miały prędkości skierowane do jego wylotu. Wśród wypływających cząsteczek będzie mniej takich, których prędkości były skierowane w inne strony. Teraz potrzebna jest odrobina wyobraźni. Wsiadamy do łodzi podwodnej i wypływamy rurką razem z naszym płynem. Ponieważ dryfujemy z prądem, to ścianki naszej łodzi odczuwają jedynie uderzenia tych cząsteczek, które są szybsze lub wolniejsze od prądu lub tych, które poruszają się w poprzek. Tak czy siak, tych uderzeń jest mniej niż było, gdy nasza łódź pozostawała w zatkanym naczyniu. A to oznacza, że w wypływającym strumieniu spadło ciśnienie. Równanie Bernoulliego opisuje precyzyjnie jak bardzo spada to ciśnienie w zależności od tego jak szybko wypływa strumień. Zostało ono wyprowadzone w oparciu o zasadę zachowania energii.
Wracając do “powiązania”: równanie Bernouliego opisuje różnicę ciśnień pomiędzy obszarami różnej prędkości przepływu samego strumienia, a nam chodzi o porównanie ciśnienia w strumieniu i na zewnątrz. Tak się składa, że w “codziennych” przypadkach spadek ciśnienia w strumieniu jest dostateczny, by obniżyło się ono poniżej ciśnienia “na zewnątrz”, ale tak być nie musi. Dmuchając na Księżycu z balonika nadmuchanego na Ziemi raczej niczego byśmy do strumienia powietrza nie wciągnęli.

7 | Celinda

27. Grudzień 2012 o 01:21

I like the helpful information you provide in your articles.
I will bookmark your blog and check again here regularly.
I am quite certain I will learn plenty of new stuff right here!
Best of luck for the next!