PRAKTICKÁ VÝUKA PŘÍRODOVĚDNÝCH PŘEDMĚTŮ NA ZŠ A SŠ CZ.1.07/1.1.30/02.0024 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociální fondem a státním rozpočtem České republiky.
Oborový workshop pro ZŠ FYZIKA
Téma: PŘETLAK, PODTLAK, VAKUUM
PŘETLAK, PODTLAK, VAKUUM
TÉMA: PŘETLAK, PODTLAK, VAKUUM AUTOŘI: PhDr. PAVEL KRATOCHVÍL, Ph.D., Mgr. PETR KUČERA CÍL: Porozumění vlastnostem plynů, přítomnosti a vlivu tlaku vzduchu v zemské atmosféře, působení přetlaku a podtlaku. ÚVOD Přítomnost vzduchu si často ani neuvědomujeme, přestože je tento plyn pro člověka nezbytný. Následující experimenty demonstrují, jak obecné vlastnosti plynů, tak i zákonitosti, které pro plyny platí.
ÚLOHY: 1
STLAČITELNOST VZDUCHU
1.1 Pomůcky Plastová injekční stříkačka, voda. 1.2 Princip Plyny jsou na rozdíl od kapalin stlačitelné. 1.3 Postup Píst injekční stříkačky vytáhneme do horní polohy, otvor zacpeme jedním prstem a píst začneme stlačovat dolů. Tímto zmenšením objemu uvnitř stříkačky jsme se přesvědčili o důležité vlastnosti nejen vzduchu, ale plynů obecně, že jsou stlačitelné. Postupně musíme působit stále větší silou, protože proti pístu působí tlaková síla stlačeného vzduchu, která se zmenšujícím se objemem narůstá. Uvnitř stlačené stříkačky je větší tlak vzduchu než okolní atmosférický tlak, takové situaci se říká přetlak. Poté nasajeme do stříkačky vodu a pokusíme se jí stlačit stejným způsobem jako vzduch. Protože voda není stlačitelná, tak se nám to nepovede. Pro srovnání nakonec nasajeme do stříkačky vodu přibližně do poloviny objemu a poté vytáhneme píst až do horní polohy, čímž nasajeme do zbylého objemu vzduch. Opět zacpeme otvor prstem a budeme stlačovat. Podle stupnice na injekční stříkačce vidíme, že objem vody je pořád stejný, ale objem vzduchu můžeme zmenšit.
2
PŘETLAK, PODTLAK, VAKUUM 2
TEKUTOST VZDUCHU
2.1 Pomůcky Akvárium, skleničky / průhledné kelímky, voda. 2.2 Princip Plyny jsou tekuté. 2.3 Postup Akvárium naplníme vodou. Jednu skleničku naplníme vodou a ponoříme dnem vzhůru na dno akvária. I druhou skleničku obrátíme dnem vzhůru, ale ponoříme ji tak, aby v ní zůstal vzduch. Nadzvedneme skleničku plnou vody ze dna a skleničku se vzduchem umístíme pod ní a naklopíme tak, aby vzduch přetekl z jedné skleničky do druhé. Vidíme, že i vzduch a plyny obecně je možné přelévat, podobně jako kapaliny. Tato vlastnost, kterou mají plyny a kapaliny společnou, se nazývá tekutost. Plyny a kapaliny se souhrnně nazývají tekutiny. 3
TEKUTOST OXIDU UHLIČITÉHO
3.1 Pomůcky Sifonová láhev, bombičky, hadička, akvárium, svíčky, sirky / zapalovač. 3.2 Princip Plyny jsou tekuté a oxid uhličitý brání hoření. 3.3 Postup Do akvária umístíme několik svíček na různá místa a do různých výšek. Do prázdné sifonové láhve vypustíme plyn z bombičky. Můžeme si všimnout, že po vypuštění se bombička ochladila tím, jak se stlačený oxid uhličitý rozpínal a jeho teplota klesla. Pomocí hadičky, kterou jedním koncem nasadíme na sifonovou láhev a její druhý konec dáme do jednoho ze spodních rohů akvária, začneme nepouštět do akvária oxid uhličitý. Přestože oxid uhličitý není vidět, o jeho přítomnosti v akváriu svědčí postupně hasnoucí svíčky. Protože hustota oxidu uhličitého je větší než hustota vzduchu, drží se u dna a nejdříve zhasínají svíčky, které jsou nejníže. 4
TEKUTOST PLYNU DO ZAPALOVAČE
4.1 Pomůcky Dvě skleničky, plyn do zapalovače, špejli, sirky / zapalovač. 4.2 Princip Plyny jsou tekuté. 4.3 Postup Zapálíme špejli a postupně jí přiblížíme k oběma skleničkám, nepozorujeme žádnou změnu, přesvědčili jsme se tak, že jsou obě prázdné. Do jedné skleničky napustíme trochu plynu do
3
PŘETLAK, PODTLAK, VAKUUM zapalovače, druhou necháme prázdnou. Plyn z první skleničky přelijeme do druhé stejným způsobem, jako když přeléváme třeba vodu. Nyní hořící špejli vložíme do skleničky, ze které jsme plyn vylili, pravděpodobně v ní nějaký zbytek plynu ještě zůstal, takže se uvnitř skleničky objeví menší plamen, který brzy zhasne. Když vložíme zapálenou špejli do druhé skleničky, začne plyn uvnitř hořet zřetelným plamenem. Přesvědčili jsme se opět, že plyn je možné přelévat, přestože ho nemůžeme vidět. Po nějaké době by plyn ze skleničky difuzí unikl, takže s provedením příliš neotálíme. 5
PŘEVRÁCENÍ PLNÉ SKLENIČKY DNEM VZHŮRU
5.1 Pomůcky Sklenička, papírová čtvrtka / folie, voda. 5.2 Princip Působení tlaku vzduchu. 5.3 Postup Z papíru nebo folie vystřihneme čtverec přiměřené velikosti, aby s ním šla sklenice přiklopit. Folie je vhodnější, protože papír se postupně promáčí. Do sklenice nalijeme vodu a připravený papír nebo folii přitiskneme nahoru na skleničku. Papír nebo folii přidržujeme u skleničky a opatrně obracíme dnem vzhůru do svislé polohy. Když pustíme rukou papír nebo folii, voda ze sklenice nevyteče. Kolmo na rovinu papíru nebo folie působí tlaková síla okolního vzduchu, která je větší než tíha vody ve skleničce a tak ji udrží přitlačenou ke skleničce a voda zůstane uvnitř. 6
ROZMAČKANÁ PLECHOVKA
6.1 Pomůcky Plechovka, vařič, voda, vanička, rukavice / kleště. 6.2 Princip Podtlak vzniklý ochlazením vzduchu. 6.3 Postup Do prázdné plechovky nalijeme několikamilimetrovou vrstvu vody a s využitím vařiče přivedeme k varu. Poté opatrně buď v rukavicích, nebo kleštěmi postavíme plechovku dnem vzhůru do nízké vaničky se studenou vodou. Ochlazením vodní páry uvnitř plechovky vznikl podtlak a atmosférická tlaková síla okolního vzduchu působící na stěny plechovky z venku způsobí zmačkání plechovky. K pokusu je možné použít i uzavíratelnou plechovku např. od ředidla, ve které necháme malou vrstvu vody chvilku vařit, aby prostor uvnitř plechovky vyplnila vodní pára, opatrně uzavřeme a nad umyvadlem polijeme studenou vodou z vodovodu. Ochlazení stejně jako v předchozím případě vyvolá snížení tlaku uvnitř plechovky a atmosférická tlaková síla okolního vzduchu způsobí viditelnou deformaci plechovky.
4
PŘETLAK, PODTLAK, VAKUUM 7
STOUPAJÍCÍ HLADINA
7.1 Pomůcky Průhledný kelímek, mělká mistička, svíčka, sirky / zapalovač, voda. 7.2 Princip Podtlak vzniklý ochlazením vzduchu. 7.3 Postup Do vhodné mističky nalijeme vrstvu vody vysokou cca 1 cm, pro lepší názornost můžeme vodu obarvit barvivem. Doprostřed mističky umístíme svíčku a zapálíme ji. Kelímek dnem vzhůru přidržíme chvilku nad svíčkou, aby se vzduch uvnitř trochu ohřál, a poté přikryjeme svíčku kelímkem. Po chvilce svíčka spotřebuje kyslík uvnitř kelímku a zhasne. Tím, jak chladne vzduch uvnitř kelímku a zmenšuje se jeho objem, vzniká uvnitř kelímku podtlak. Díky působení atmosférické tlakové síly na hladinu vody v mističce stoupne hladina uvnitř kelímku. 8
JAK DOSTAT VAJÍČKO DO LÁHVE A ZASE VEN
8.1 Pomůcky Vajíčko / nafukovací balónek, skleněná láhev se širokým hrdlem (od mléka, kečupu,…), papír, sirky / zapalovač, voda. 8.2 Princip Podtlak vzniklý ochlazením vzduchu. 8.3 Postup Vajíčko uvaříme na tvrdo a oloupeme. Místo vajíčka můžeme použít nafukovací balónek, který naplníme vodou do velikosti vajíčka. Balónek má výhodu, že je možné ho použít opakovaně. Zapálíme kousek papíru a vhodíme do láhve tak, aby nezhasnul, vajíčko nebo balónek umístíme na hrdlo láhve. Jak z láhve uniká ohřátý vzduch, vajíčko několikrát poskočí. Funguje jako ventil, který pouští vzduch ven, ale ne dovnitř. Poté co plamen uvnitř láhve zhasne, vzduch uvnitř se začne ochlazovat, vznikne podtlak a atmosférická tlaková síla okolního vzduchu natlačí vajíčko neporušené do láhve. Obdobným způsobem můžeme balónek dostat i z láhve ven. Foukneme do láhve, která je dnem vzhůru, tak, aby balónek poté utěsnil hrdlo zevnitř, a přetlak uvnitř ho protlačí hrdlem ven. 9
MAGDEBURSKÉ KELÍMKY
9.1 Pomůcky Dva stejně velké plastové kelímky, svíčka, sirky / zapalovač, voda. 9.2 Princip Podtlak vzniklý ochlazením vzduchu.
5
PŘETLAK, PODTLAK, VAKUUM 9.3 Postup Zapálíme svíčku a opatrně ji vhodíme do jednoho kelímku, aby nám nezhasla. Pro lepší fungování můžeme vodou navlhčit okraje obou kelímků. Druhý kelímek chvilku přidržíme nad kelímkem s hořící svíčkou a počkáme, aby se vzduch v obou kelímkách ohřál. Opatrně přitiskneme oba kelímky okraji k sobě, aby přesně přiléhaly. Chvilku počkáme, než vzduch uvnitř zchladne, horní kelímek můžeme něčím zatížit. Pokud jsme postupovali správně, měly by oba kelímky držet u sebe, tak že můžeme oba zvednout pouze za horní. Vychladnutím vzduchu uvnitř, se zmenšil jeho objem, tím vznikl podtlak a atmosférická tlaková síla okolního vzduchu drží oba kelímky u sebe. Na tento experiment jsou vhodné kelímky s širším okrajem, které se snáze umístí přesně na sebe. 10 PŘÍSAVKY 10.1 Pomůcky Přísavky, voda. 10.2 Princip Působení tlaku okolního vzduchu. 10.3 Postup Přísavky přitiskneme k sobě, můžeme navlhčit pro lepší utěsnění. Tím z prostoru mezi nimi vytlačíme vzduch a okolní atmosférická tlaková síla je tlačí k sobě. Za držadla se je od sebe pokusíme odtáhnout, změřením velikosti ploch přísavek a hodnoty atmosférického tlaku můžeme vypočítat, jakou silou musíme překonat při jejich oddělování. Podobné přísavky mají na svém těle různí živočichové, aby se mohli k něčemu pevně přichytit. 11 PŘEPOUŠTĚNÍ VODY Z AKVÁRIA 11.1 Pomůcky Dvě akvária / dva kýble, hadička, voda. 11.2 Princip Rozdílný tlak okolního vzduchu v různé výšce. 11.3 Postup Akvária umístíme tak, aby jedno bylo výš než druhé, např. jedno na stůl a druhé na židli, a horní naplníme vodou. Hadičku buď můžeme celou ponořit do vody, jeden konec přidržet ponořený, a druhý zacpat prstem a přendat do druhé nádoby. Po uvolnění prstu začne voda přetékat. Jiná možnost je jeden konec opět přidržet ponořený a druhým koncem vodu nasát do hadičky a umístit tento konec, kterým voda začne vytékat, do druhé nádoby. Voda bude z konce hadičky vytékat, dokud je ponořený konec nad jeho úrovní. Tento způsob přepouštění se často využívá, potřebujeme-li dostat nějakou kapalinu z jedné nádoby do druhé, kdo má doma akvárium, určitě ho zná a používá při výměně vody. Při hladině v horní nádobě je tlak roven atmosférickému tlaku okolí a zároveň uvnitř hadice i tlaku hydrostatickému, v oblouku
6
PŘETLAK, PODTLAK, VAKUUM hadičky nad tímto místem je tedy podtlak. Výška vodního sloupce v části hadičky, kterou voda vytéká do nižší nádoby, je větší než výška vodního sloupce v části, kterou je voda nasávána, a proto i tíhová síla na vodu je v této části větší, a voda tak vytéká ven. Ohyb hadičky může být v případě, že přepouštíme vodu, v závislosti na atmosférickém tlaku až zhruba 10 m. 12 NAFUKOVÁNÍ BALÓNKU V LÁHVI 12.1 Pomůcky Nafukovací balónek, skleněná láhev od piva / limonády, brčko. 12.2 Princip Stlačování roste tlak vzduchu uvnitř láhve. 12.3 Postup Balónek prostrčíme otvorem v hrdle do láhve tak, aby nafukovací otvor balónku koukal ven. Když se nyní pokusíme balónek nafouknout, zjistíme, že se nám to podaří jen velmi málo. Balónek totiž tím, jak zvětšuje svůj objem, stlačuje vzduch uvnitř láhve, který nemá kudy unikat. Uvnitř láhve tak vzniká přetlak, který nám brání balónek pořádně nafouknout. Aby se nám to podařilo, umístíme do otvoru hrdla láhve vedle balónku brčko. Když balónek budeme nafukovat nyní, už se nám to podaří. Brčkem totiž může stlačovaný vzduch z vnitřku láhve unikat a jeho tlak už nám tedy nebrání. 13 PASCALŮV JEŽEK 13.1 Pomůcky Pascalův ježek, voda. 13.2 Princip Tlak je ve všech místech stejný a tlaková síla působí kolmo ke stěně. 13.3 Postup Ježka ponoříme do vody a vytažením pístu ho naplníme. Vyndáme z vody a stlačíme píst. Vidíme, že voda stříká ze všech směrů prakticky stejným proudem. Tlak vody působící na vnitřní stěny ježka, je totiž ve všech místech stejný, čímž demonstrujeme Pascalův zákon. 14 TLAK UVNITŘ NÁDOBY 14.1 Pomůcky Několik manometrů, větší plastová láhev s uzávěrem, hadičky, trubičky. 14.2 Princip Tlak plynu v nádobě je ve všech místech stejný.
7
PŘETLAK, PODTLAK, VAKUUM 14.3 Postup Skrz víčko plastové láhve upevníme několik trubiček, tak aby ústily v různých místech uvnitř láhve, vhodné je, pokud budou i jejich konce ohnuté různými směry. Uzavřeme víčkem láhev, a pomocí hadiček připojíme ke všem trubičkám manometry, ohlídáme si, aby hladiny kapalin ve všech manometrech byla ve stejné výšce. Nyní, když láhev stlačíme, pozorujeme, že tlak vzduchu uvnitř se zvýšil, navíc ve všech místech stejně. Ověříme tak Pascalů zákon pro plyn, který říká, že tlak plynu v uzavřené nádobě vyvolaný vnější silou na stěny nádoby je v celém objemu plynu stejný. 15 ARCHIMÉDŮV ZÁKON V PLYNU 15.1 Pomůcky Rovnoramenná páka, 2 sifonové bombičky, 2 nafukovací balónky, napínáčky, modelína, provázek / kousek drátu. 15.2 Princip Vztlaková síla působí i v plynu a závisí na objemu tělesa. 15.3 Postup Pomocí modelíny přiděláme napínáček k sifonové bombičce tak, aby po zatlačení uvolnil plyn z bombičky. Přes vypouštěcí otvor bombiček, natáhneme balónky a dobře utěsníme. Na každé rameno rovnoramenné páky zavěsíme do stejné vzdálenosti po jedné takto připravené bombičce s balónkem, pokud nebudou v rovnováze, použijeme vhodné závaží např. kousek modelíny. Po propíchnutí a vypuštění oxidu uhličitého z jedné bombičky sledujeme, co se stane s ramenem, na kterém je nafouklý balónek. Stoupá vzhůru, protože na větší objem nafouknutého balónku působí v souladu s Archimédovým zákonem větší vztlaková síla, čímž je porušena rovnováha na páce. 16 KARTEZIÁNEK 16.1 Pomůcky Plastová láhev s uzávěrem, brčko s kloubem, kancelářská sponka, modelína, voda. 16.2 Princip Změna průměrné hustoty tělesa. 16.3 Postup Delší konec brčka zkrátíme na stejnou délku, jakou má kratší konec a pomocí rozevřené kancelářské sponky spojíme k sobě, přidáme trochu modelíny jako závažíčko, tím jsme vytvořili karteziánka (potápěče). Láhev zcela naplníme vodou a vložíme vyrobeného potápěče, je-li potřeba, doplníme vodu a láhev pevně uzavřeme. Stlačením láhve přinutíme potápěče klesat ke dnu, uvolněním naopak stoupat vzhůru. Možná bude potřeba upravit množství modelíny použité jako závaží. Dokud na láhev netlačíme, vzduch uvnitř brčka způsobí, že karteziánek plave. Stlačováním láhve zároveň stlačujeme i vzduch uvnitř brčka,
8
PŘETLAK, PODTLAK, VAKUUM což zvýší jeho průměrnou hustotu a klesá ke dnu. Tímto způsobem dokážou měnit hloubku ponoru i ryby, díky plynovému měchýři uvnitř jejich těla. 17 POKUSY S VÝVĚVOU 17.1 Pomůcky Vývěva, nafukovací balónky, iIndiánky / Marshmallow / pěna na holení, scvrklé jablko, pivo / sycená limonáda, kádinka se špuntem, hadička, sklenice, varná konvice, voda, teploměr, rovnoramenné váhy na demonstraci Archimédova zákona v plynu, Magdeburské polokoule, vazelína. 17.2 Princip Vliv klesajícího tlaku na různá tělesa. 17.3 Postup a) Postupně pod recipient vývěvy vložíme nafukovací balónky, indiánky, několik marshmallouw, scvrklé jablko a do nějaké nádoby trochu pěny na holení. Všechny tyto věci se po zapnutí vývěvy začnou nafukovat (povrch jablka se vyhladí). Protože v sobě mají bubliny vzduchu s atmosférickým tlakem, po snížení okolního tlaku pod vývěvou se tyto bublinky roztáhnou a tím zvětší objem celý indiánek, marshmallow i pěna na holení, jablko se také trochu nafoukne a tím se jeho povrch opět vyhladí. Podobně tak balónek, který je vlastně jedna velká bublina. Po napuštění vzduchu zpět pod vývěvu se opět zmenší, indiánek, marsmallow a pěna na holení porušením vnitřní struktury dokonce na menší než byla původní velikost. b) Do kádinky nalijeme trochu zvětralého piva a dáme pod recipient vývěvy. Zapnutím vývěvy a snížením tlaku vytvoříme na pivu pěnu, jako u čerstvě natočeného. Po uvolnění ventilu vývěvy ale opět spadne. c)
Do kádinky nalijeme vodu (pro lepší názornost můžeme obarvit), pevně uzavřeme korkovým špuntem, kterým jsme předtím protáhli hadičku, aby dosahovala až do vody. Druhý konec hadičky dáme do prázdné skleničky a celé umístíme pod recipient. Po zapnutí vývěvy začne voda hadičkou přetékat do skleničky, protože uvnitř uzavřené kádinky je stále atmosférický tlak, který je větší než v ostatním prostoru pod recipientem a vodu vytlačí ven.
d) Uvaříme v konvici trochu vody a nalijeme ji do skleničky, dáme do ní teploměr a počkáme, než její teplota klesne (např. na 70 °C). Dáme pod recipient a pustíme vývěvu, při dosažení určitého tlaku voda začne vařit, přestože na teploměru se můžeme přesvědčit, že její teplota není 100 °C. Teplota varu totiž závisí na okolním tlaku, a při nižším tlaku je i nižší teplota varu, proto si například horolezci v Himalájích nemůžou uvařit některé potraviny.
9
PŘETLAK, PODTLAK, VAKUUM e) Pod recipient dáme malé rovnoramenné váhy, které mají na jedné straně malé závaží a na druhém rameni velkou dutou kouli. Než zapneme vývěvu, jsou váhy v rovnováze, tím že však odčerpáme vzduch, poklesne vztlaková síla na velkou kouli a ta klesne. I ve vzduchu totiž, stejně jako v dalších plynech, platí Archimédův zákon. f)
Na ústí vývěvy přiděláme jednu část Magdeburských polokoulí a přiklopíme druhou, pro lepší těsnění natřeme dotykové plochy vazelínou. Odčerpáním vzduchu z vnitřku koulí, drží u sebe poměrně velkou silou. Odpojíme od vývěvy a přiděláme na odsávací ventil držák, nyní se můžeme pokusit koule od sebe odtrhnout, stejně jako v některých předchozích pokusech je u sebe drží atmosférická tlaková síla okolního vzduchu (můžeme jí i spočítat).
18 VÁŽENÍ VZDUCHU 18.1 Pomůcky Přesná digitální váha, míč, hustilka, nafukovací jehla, hadička, odměrný válec, miska, voda. 18.2 Princip Určení hmotnosti vzduchu z rozdílu hmotnosti různě nafouklého míče. 18.3 Postup Míč přehustíme a zvážíme pomocí vhodného držáku (např. sklenice) na váze, tuto hodnotu si poznamenáme. Odměrný válec naplníme zcela vodou a umístíme do mělčí misky s vodou dnem vzhůru tak, aby z něj voda nevytekla. Do odměrného válce umístíme jeden konec hadičky, na druhý připevníme nafukovací jehlu. Takto jehlou upustíme z míče jeden litr vzduchu, do odměrného válce. Opětovným zvážením, a z rozdílu naměřených hodnot získáme hmotnost jednoho litru vzduchu, ze které můžeme snadno určit jeho hustotu. 19 MODEL PLIC 19.1 Pomůcky Nafukovací balónky (různé velikosti), PET láhev (se širším hrdlem, ne moc tvarovaná), korkový špunt, 2 trubičky, izolepa. 19.2 Princip Nafukování balónků pomocí podtlaku uvnitř láhve. 19.3 Postup Z PET láhve odřízneme dno a místo něj natáhneme část nafukovacího balónku, kterou připevníme izolepou. Korkovým špuntem, který pasuje do hrdla láhve, provrtáme 2 dírky a protáhneme jimi trubičky. Ke každé trubičce izolepou připevníme malý nafukovací balónek a špuntem pevně uzavřeme láhev (balónky dovnitř), opět si můžeme pomoci izolepou. PET láhev nám představuje lidský trup, uvnitř kterého se nachází 2 plíce (malé balónky), pohybem bránice dolů (balónek natažený místo dna) vzniká uvnitř těla podtlak, který roztáhne plíce = nádech, při návratu bránice se plíce opět vypustí = výdech.
10
PŘETLAK, PODTLAK, VAKUUM 20 BERNOULLIHO JEV 20.1 Pomůcky 2 listy papíru, 2 svíčky, sirky / zapalovač, fén, míček na stolní tenis. 20.2 Princip V místě, kde se tekutina pohybuje rychleji, klesá tlak. 20.3 Postup a) Zapálíme obě svíčky a umístíme je v přiměřené vzdálenosti od sebe, poté mezi ně opatrně foukneme. Oproti očekávání se plameny nahnou směrem k sobě, což ale je v souladu s Bernoulliho rovnicí, podle které je v místech, kde tekutina proudí rychleji menší tlak. Místo svíček lze použít 2 listy papíru, které si přidržíme svisle před sebou a foukneme mezi ně. b) Zapneme fén a otočíme svisle vzhůru, do jeho proudu vložíme míček na stolní tenis, který se začne v určité výšce vznášet. Ani když fénem začneme naklánět tak, aby foukal šikmo vzhůru, míček nespadne. Pokud se totiž vychýlí na jednu ze stran, vzduch na druhé začne proudit rychleji, čímž vznikne podtlak, který míček přitáhne. 21 MAGNUSŮV JEV 21.1 Pomůcky Papírový válec, špejle, provázek, izolepa. 21.2 Princip Rozdílný tlak na protilehlých stranách pohybujícího se rotujícího tělesa. 21.3 Postup Z papíru slepíme válec, jeho osou prostrčíme špejli a k povrchu válce izolepou připevníme provázek. Provázek omotáme kolem válce, jeden žák přidrží válec za špejli mezi ukazováčky obou rukou a druhý zatažením za provázek roztočí válec. Po puštění, válec nebude padat svisle dolů, ale jeho dráha bude zakřivená v závislosti na směru rotace. Díky viskozitě vzduchu při pádu rotujícího tělesa, rychlost tenké vrstvy vzduchu na jedné straně válce je o trochu menší a na druhé straně o trochu větší než je rychlost pádu válce, tím vzniká na obou stranách válce rozdílný tlak, který zakřiví jeho dráhu. V míčových sportech dochází vlivem Magnusova jevu k zakřivení dráhy rotujícího míče.
11
PŘETLAK, PODTLAK, VAKUUM
OTÁZKY K ÚLOHÁM: 1) Jaké vlastnosti plynů jsme prokázali v předváděných experimentech? (Znáš nějaké další?) 2)
Mají plyny a kapaliny nějaké vlastnosti společné? Jaké?
3)
Jak se mění objem zahřívaného plynu? Při kterých experimentech se tato vlastnost projevila?
4)
Při kterých experimentech jsme se přesvědčili o působení tlakové síly okolního vzduchu?
5)
Zkus vypočítat sílu, kterou jsou k sobě tlakem okolního vzduchu přitlačovány přísavky a magdeburské koule. Jejich plochu změř nebo odhadni.
6)
Znáš nějaké živočichy, kteří mají na svém těle přísavky? K čemu je využívají?
7)
Jak vysokou překážku by bylo možné překonat hadicí při přepouštění vody mezi dvěma nádobami? Svou odpověď zdůvodni.
8)
Vysvětli, jak je možné ovládat karteziánka. Některé druhy ryb mají pro změnu hloubky speciální orgán fungující na stejném principu, víš, jak se jmenuje?
9)
Které věci ve vývěvě změnily svůj objem? Vysvětli proč.
10)
Proč jsou bonbóny nafouklé ve vývěvě po jejich vyndání z vývěvy menší, než byly původně?
11)
Jak se změnila teplota varu vody za sníženého tlaku ve vývěvě? Jaké problémy to může přinášet např. horolezcům?
12)
Překresli si model dýchací soustavy, popiš jednotlivé části a vysvětli, na jakém principu funguje.
13)
Jak velká je vztlaková síla ve vzduchu v porovnání se vztlakovou sílou ve vodě? Který zákon popisuje její velikost?
14)
V místech, kde plyn nebo kapalina proudí rychleji, vzniká podtlak nebo přetlak? Víš, kde se tohoto jevu využívá v praxi?
15)
Magnusův jev se využívá v některých sportech, víš v jakých a k čemu?
12
