Tři pokusy s injekčními stříkačkami

Milan Macek, G. Macková

Hydraulický lis - louskáček na ořechy

Demonstruje se činnost hydraulického lisu. Síla, kterou lis vyvine, postačí k rozlousknutí vlašského ořechu. Pokus je vhodný pro zařazení do výuky fyziky v 7. třídě základní školy.

Pomůcky: 1 ks injekční stříkačka 2,5 ml, 1 ks injekční stříkačka 20 ml, spojovací hadička (např. HS 1,8x450 LL), 2 ks chemický stojan s příslušenstvím, vlašské ořechy s měkkou skořápkou.

Obě injekční stříkačky propojíme spojovací hadičkou. Stříkačky naplníme vodou tak, aby ve větší stříkačce byly přibližně 2 ml vody a menší stříkačka byla zcela zaplněna vodou. V prostoru pod písty nesmí vzniknout vzduchové bubliny. Stříkačky upneme do chemických stojanů ve svislé poloze vždy dvěma svěrkami. Na vrchní plochu pístu stříkačky o objemu 20 ml umístíme vlašský ořech a svrchu jej k pístu přitiskneme svěrkou připevněnou ke stojanu.

Demonstrujeme: Stiskneme píst injekční stříkačky o menším průměru. Síla, kterou vytvoří píst o větším průměru, stačí k rozdrcení skořápky vlašského ořechu.

Na základě pozorování je možné odvodit podmínku rovnováhy na hydraulickém lisu:

Označíme S₁ obsah menšího pístu, S₂ obsah většího pístu, F₁ sílu působící na menší píst, F₂ sílu působící na větší píst.

Platí: a  .

Z Pascalova zákona plyne, že p₁ = p₂, tedy .

Ve shodě s učebnicí fyziky [1] můžeme formulovat závěr: Kolikrát zvětšíme obsah pístu, tolikrát zvětšíme i sílu, kterou na něj kapalina působí.

Poznámka: Pokus nelze provést jako měrný a vypočtený výsledek tak ověřit, protože tření mezi pístem a stěnou válce, které v uvedených vztazích neuvažujeme, zmenšuje tlakovou sílu pístu.

Var vody za sníženého tlaku

Frontální demonstrace ukazuje var vody za sníženého tlaku vzduchu. Žáci pracují ve dvojicích.

Pomůcky: 15 ks kádinka 50 ml, 15 ks injekční stříkačka 20 ml, varná konvice.

Ve varné konvici ohřejeme vodu k bodu varu a nalijeme žákům do kádinek.

Žáci provedou demonstraci pod vedením učitele. Při práci je nutné postupovat velmi opatrně, protože hrozí nebezpečí opaření horkou vodou. Proto vždy pracuje jeden žák a druhý jeho činnost pozoruje. Pracovat je nutno rychle, protože teplota vody rychle klesá a s její snižující se teplotou je jev méně patrný.

Do injekční stříkačky nasají žáci přibližně 10 ml horké vody. Prstem uzavřou sací otvor, stříkačku drží svisle a druhou rukou táhnou za píst stříkačky až do jeho krajní polohy. Snížením tlaku v prostoru pod pístem dojde k varu vody, který se projeví vystupováním bublin páry z kapaliny. Unikající pára za chvíli vyplní prostor pod pístem, a proto velmi rychle var ustane.

Demonstrace hydraulického zařízení

Demonstruje se přenos síly kapalinou. Pokus je vhodný pro zařazení do výuky fyziky v 7. třídě základní školy.

Pomůcky: 2 ks injekční stříkačka 20 ml, spojovací hadička (např. HS 1,8x450 LL), 2 ks chemický stojan.

Obě injekční stříkačky propojíme spojovací hadičkou. Stříkačky naplníme vodou tak, aby jejich písty byly přibližně v polovině jejich rozsahu a v prostoru pod písty nevznikly vzduchové bubliny. Stříkačky upneme do chemických stojanů ve svislé poloze.

Demonstrujeme: Stlačením jednoho pístu dojde k vysunutí pístu druhého. Síla, kterou působíme na jeden píst, se kapalinou přenáší na druhý píst. Ukážeme, že toto hydraulické zařízení pracuje nezávisle na poloze obou pístů a nezávisle na způsobu vedení spojovací hadičky.

Poznámka: V prostoru pod pístem je možné vytvořit vzduchovou bublinu a ukázat špatnou funkci hydraulického zařízení, například hydraulické brzdy (pružení).

Literatura:

[1] Macháček, M.: Fyzika pro 7. ročník základní školy, II. díl. SPN Praha, Praha 1991, str.: 46.