Pokusy s jednoduchými prostředky

Emanuel Svoboda

Působení tlakové síly v kapalině

Potřeby: Velká a malá průhledná plastová láhev (2 l a 0,5 l), zavařovací víčko, dvě špejle, pevná nit, nůžky, potravinářská barva, Chemoprén, dvě větší kádinky

Příprava: U velké láhve odstřihneme hrdlo včetně zúžené části a u malé láhve dno. Ze zavařovacího víčka vystřihneme nůžkami destičku kruhového tvaru o průměru 3 cm. Při této úpravě dáváme pozor, abychom víčko nedeformovali. Doprostřed hladší strany vystřiženého obrazce přilepíme Chemoprénem nit asi 0,5 m dlouhou. Po zaschnutí lepidla protáhneme nit ústím malé láhve. Tuto malou láhev pak zastrčíme do upravené velké láhve hrdlem dolů a připevníme ji (obr. 1). K připevnění postačí dvě špejle, které prostrčíme připravenými otvory v obou láhvích. Je vhodné, aby hrdlo láhve bylo asi 8 cm nad dnem velké láhve.

Provedení: Nití přitáhneme destičku k hrdlu malé láhve a do velké láhve naléváme čistou vodu až na úroveň asi 3 cm pod rovinou špejlí. Povolíme-li nit, destička neodpadne. Do malé láhve opatrně přiléváme obarvenou vodu (obr. 1), destička stále drží u hrdla. Dosáhne-li hladina přilévané vody téměř úrovně hladiny vody v širší láhvi, destička odpadne a pozorujeme postupné zabarvení veškeré vody.

Vysvětlení: Na počátku děje působí kolmo na destičku svisle vzhůru tlaková síla neobarvené vody. Velikost této síly je větší než tíha destičky, proto víčko drží na hrdle. Když do malé láhve přiléváme obarvenou vodu, působí na destičku ještě hydrostatická tlaková síla přilévané vody. V okamžiku, kdy nastane mezi všemi působícími silami rovnováha, destička odpadne. To nastává v okamžiku, kdy jsou obě hladiny na téměř stejné úrovni.

Poznámky:

1. Pokus je vhodný k učivu o hydrostatické tlakové síle, pomůcky nahrazují běžně používanou skleněnou nádobu a skleněný válec s volným dnem. Pokus si může připravit a provést žák i doma.

2. K úspěchu pokusu je třeba zajistit dobrou přilnavost destičky k hrdlu malé láhve.

3. Pokusem také demonstrujeme skutečnost, že tlak ve směru vzhůru je roven hydrostatickému tlaku v příslušné hloubce.

4. Při detailnější bilanci působících sil je třeba vzít v úvahu působení atmosférické tlakové síly a kohézních sil.

Elektrostatický filtr kouřových plynů

Potřeby: zdroj vysokého napětí (např. van de Graaffův generátor, indukční elektrika, vysokonapěťový zdroj 10 kV apod.), plastová láhev 0,5 l se zátkou, hrotový banánek nebo běžný banánek a silnější hřebík, alobal nebo staniol, cigareta, zápalky, dva vysokonapěťové kabely, Holtzova svorka, krokosvorka, Chemoprén

Příprava: Menší plastovou láhev upravíme podle obr. 2. Středem dna prochází hrot speciálního banánku. Pokud takový hrot nemáme (bývá v některých soupravách pro elektrostatiku), vyrobíme si ho lehce sami. Stačí přiletovat hlavičku silnějšího hřebíku k běžnému banánku, jak ukazuje obr. 3. Průchodové místo dnem láhve zalepíme Chemoprénem. Láhev vyplníme cigaretovým kouřem, přes hrdlo láhve položíme přesahující proužek alobalu (staniolu) a láhev rychle zazátkujeme. Proužek by měl přečnívat aspoň 1 cm, aby bylo možné k němu připnout krokosvorku. Tím jsme získali těleso se dvěma elektrodami a naplněné kouřovými plyny. Láhev zasuneme banánkem do Holtzovy svorky.

Provedení: Elektrody láhve připojíme vysokonapěťovými kabely ke zdroji vysokého napětí. tak, aby hrot byl připojen k záporné svorce a uzávěr na zemnicí svorku. Jakmile mezi elektrodami vznikne elektrické pole, kouř zmizí. Celý děj je možno zopakovat.

Vysvětlení: Částečky cigaretového dýmu se záporně nabíjejí od hrotu o záporném potenciálu. Nabité částečky se hromadí na proužku alobalu, což se časem projeví jeho zhnědnutím. Částečky kouře se také usazují na vnitřní stěnách láhve a podstatně tak zhoršují její izolační vlastnosti.

Poznámky:

1. Pokusem se modeluje funkce elektrostatického filtru kouřových plynů. Pokus je vhodný jednak pro motivaci učiva z elektrostatiky, jednak při výkladu aplikací poznatků z tohoto oboru.

2. Vzhledem k tomu, že kouřové částice se usazují na vnitřku nádoby, je vhodné je suchým hadříkem nebo papírovým ubrouskem očistit po každém provedeném pokusu.

Literatura:

[1] Kubásek, Z.: Jednoduché pokusy s plastovými láhvemi. Diplomová práce. MFF UK Praha, 1996.

[2] Bohuněk, J.: Fyzika pro 7. ročník základní školy, studijní část A. SPN Praha, 1991.

[3] Kašpar, E., Vachek, J.: Pokusy z fyziky na středních školách, I. díl. SPN Praha, 1967.

[4] Přibík, D.: Fyzikální experiment ve školské praxi. Diplomová práce. MFF UK Praha, 1997.

[5] Lepil, O., Šedivý, P.: Fyzika pro gymnázia. Elektřina a magnetismus. Prometheus Praha, 1992.