)
| TORNADO W BUTELCE Do dużej plastikowej butelki, na przykład po coca-coli, nalewamy wody i za pomocą specjalnej nakrętki łączymy ją z drugą, pustą butelką. Gdy pełna butelka znajduje się u góry. woda wypływa z niej spokojnie. Gdy jednak zaczniemy kręcić górną butelką, wprawiając wodę w ruch obrotowy, natychmiast wewnątrz butelki powstanie wir. W zalezności od tego, w którą stronę zakręciliśmy butelką, nasz wir będzie lewo- lub prawoskrętny. Aby lepiej było widać ruch cząstek wody tworzących wir, można dosypać do butelki trochę pokruszonego korka. )
)
)
|
 |
 |
FONTANNA HERONA Ponad 2000 lat temu Heron z Aleksandrii wynalazł fontannę, która wprawdzie działała z przerwami, ale nie wymagała silnika ani pompy. Współczesna wersja fontanny Herona, którą tu widzisz, składa się z dwóch plastikowych butelek (w jednej z nich jest woda) połączonych specjalnym łącznikiem. Gdy odwrócisz butelki, tak by pełna była na górze, woda pod wpływem siły ciężkości zacznie wypływać z niej przez dolną rurkę i sprężać powietrze w dolnej butelce. Z czasem w górnej butelce wytworzy się podciśnienie, więc powietrze z dolnej butelki będzie lam zasysane przez dolną rurkę. A skąd się bierze fontanna? W obydwu rurkach w pobliżu końca, który mocujemy w łączniku, znajduje się po kilka dziurek. Gdy odwracamy butelki, woda zaczyna wpływać przez te dziurki do górnej rurki i jest wypychana przez powietrze z wystarczającą siłą, by u góry w butelce utworzyła się fontanna. Fontanna tryska za każdym razem, gdy odwrócimy butelki. |
 |
BAROMETR GOETHEGO Barometr Goethego to zamknięte, szerokie szklane naczynie z wąskim, otwartym u góry dzióbkiem. Z wyglądu przypomina czajnik, wewnątrz znajduje się zwykia zabarwiona woda. Napełniliśmy nią barometr, gdy ciśnienie atmosferyczne było "średnie" - ani za wysokie, ani za niskie. Gdy poziomy wody w szerokim naczyniu i w dzióbku są równe, ciśnienie powietrza wewnątrz i na zewnątrz jest takie samo. Gdy ciśnienie zewnętrzne maleje, poziom wody w dzióbku podnosi się. Jednak poziom wody w szerokim naczyniu nie opada, gdyż jego przekrój jest około 50 razy większy niż dzióbka - tzn. że ciśnienie powietrza wewnątrz naczynia praktycznie się nie zmienia. Przy wysokim ciśnieniu atmosferycznym poziom wody w dzióbku opada (rys. a), a przy niskim rośnie (rys. b). Obserwując zatem różnicę poziomów w dzióbku i szerokiej części naczynia, możemy się dowiedzieć, czy ciśnienie atmosferyczne jest wyższe, czy też niższe od "średniego". )
|
 |
TERMOMETR GALILEUSZA O temperaturze otoczenia dowiadujemy się zazwyczaj, odczytując wysokość słupka rtęci lub alkoholu w termometrze cieczowym. Ale są też oryginalniejsze sposoby. W termometrze zaproponowanym przed prawie czterema stuleciami przez Galileusza służą do tego opisane odpowiednio tabliczki przyczepione do kulek znajdujących się w zbiorniku z cieczą Zakładamy, że temperatura cieczy w zbiorniku równa jest temperaturze otoczenia. Zatem wraz z temperaturą otoczenia ciecz zmienia swą gęstość. Kulki wypełnione są cieczami o różnych gęstościach. Te, które znajdują się w dolnej części cylindra, mają oczywiście gęstość większa od tych na górze. Kiedy temperatura cylindra jest bardzo niska (zawarta w nim ciecz ma dużą gęstość). wszystkie kulki pływają. W bardzo wysokiej temperaturze wszystkie kulki spoczywają na dnie. Dla temperatur, w których gęstość cieczy w cylindrze zmienia się w zakresie odpowiadającym średnim gęstościom kulek wypełnionych różnymi płynami, część kulek pływa, a część tonie. Najniżej pływająca rna gęstość nieznacznie większą od cieczy w zbiorniku. Wartość liczbowa widniejąca na przyczepionej do nie] etykietce wskazuje zatem temperaturę otoczenia. |
 |
KACZKA-PIJACZKA Wszystko, co porusza się bez widocznego napędu, zawsze wzbudza ciekawość, choćby ta kacz-ka-pijaczka - zabawka, która zrobiła zawrotną karierę i juz od z górą 50 lat fascynuje pomysłowo-ścią swej konstrukcji. Rozszyfrowanie mechanizmu jej działania nie jest wcale łatwe, tym bardziej, że ptaszek przystrojony zazwyczaj w barwne piórka ukrywa przed oczami dociekliwych obserwatorów tajemnice swej budowy. Tymczasem konstrukcja kaczki jest bardzo prosta. Dwie bańki szklane połączone są szklaną rurką. Dolną bańkę mniej więcej do połowy wypełnia płyn o dużej lotności (czyli prężności pary nasyconej). Ptaszka wyprowadzamy z położenia równowagi, tak aby nachylił się nad kieliszkiem, zamoczył dziób i "napił się" wody. Następnie pozwalamy mu powrócić do położenia równowagi. Zanurzenie dzioba wykonanego z materiału chłonącego wodę (np. z waty) i stykającego się z podobną substancją pokrywającą głowę prowadzi do zwilżenia całej jej powierzchni. Będący tego następstwem proces parowania powoduje obniżenie się jej temperatury. To z kolei zmniejsza ciśnienie pary w jej wnętrzu. Na skutek wytwarzającej się w ten sposób różnicy ciśnień między górną (A) i dolną (B) częścią zaczyna podnosić się poziom cieczy w rurce, a także środek ciężkości całego układu i w pewnym momencie ptak się pochyla. W chwili, gdy dolny koniec rurki wynurza się 2 cieczy, następuje wyrównanie ciśnień i płyn w rurce natychmiast opada. Ptak wraca do pierwotnej pozycji. Zdążył jednak zamoczyć głowę, która zaczyna parować i... cała historia się powtarza. )
|
 |
Gdy zawiesimy kawałek łańcucha na skrajnych ogniwkach i pozwolimy mu zwisać swobodnie. przyjmie kształt. który dobrze znamy. Taki kształt fizycy zwykle nazywają krzywą łańcuchową, a matematycy rozpoznają w nim wykres pewnej tunkcji - kosinusa hiperbolicznego. Kształt ten jest charakterystyczny dla zwisania w ziemskim polu grawitacyjnym.
Łańcucha, rzecz jasna, nie można postawić pionowo. Jeśli jednak taki sam kształt .zbudujemy" z odpowiednio ukośnie przyciętych drewnianych klocków i ustawimy go w płaszczyźnie pionowej, powstanie piękny łuk. Spróbujcie!
Zastanówcie się też przy okazji, dlaczego z łańcucha może powstać tylko "wiszący most", a most wygięty do góry musimy ułożyć ze sztywnych klocków.
)
)
|
| DZIĘCIOŁ Dzięcioł na sprężynce zsuwa się po cienkim pręcie. Zjeżdża wolno, a przy tym drga i stuka. Obręcz, do której przymocowana jest sprężynka z ptakiem, ma średnicę nieco większą niż średnica pręta, nie spada więc swobodnie, lecz się opiera. Dzięki tarciu między prętami a obręczą dzięcioł nie przyspiesza. Kiedy zmienia się ustawienie, obręcz uderza o pręt Przyjrzyj się uważnie, czym tak naprawdę stuka |  |
KAMIENIE CELTYCKIE "Są na świecie rzeczy, o których nie śniło się waszym filozofom" William Szekspir A oto przykład: Wprawiasz w ruch obrotowy "kamień" leżący na gładkiej powierzchni. Wiruje w prawo po czym zwalnia, zaczyna się chybotać w płaszczyźnie pionowej i zawraca, kręcąc się w lewo. Gdy puścisz go w lewo - wiruje do końca (i to znacznie dłużej) w tym samym kierunku. Dlaczego? Jest to dość skomplikowany problem fizyczny. Cala tajemnica tkwi w niesymetrycznym kształcie kamienia )
|  |
 |
KOŁYSKA NEWTONA Na podwójnych nitkach wisi rządek pięciu stykających się ze sobą stalowych kulek. Gdy jedną z nich odciągniemy i puścimy, uderzy w poizostałe i na drugim końcu szeregu ostatnia kulka odskoczy prawie a taką samą wysokość, na jaką podnieśliśmy pierwszą. Gdy podniesiemy i puścimy dwie kulki, po zderzeniu z drugiego końca odskoczą dwie. Ogólnie rzecz biorąc - tyle samo kulek odskoczy a końcu szeregu, ileodchylomy na jego początku. Zderzenia kulek są sprężyste, więc zostajezachowana zarówno ich energia kinetyzcna, jak i pęd. Jeśli jednak kulek jest więcej niż dwie, obserwowane zachowanie wymaga czegoś ponadto. Gdybyśmy zderzenie sfilmowali, puszczony w odwrotną stronę film pokazywałby to samo )
|
 |
Wewnątrz puszki znajduje się specjalnie zaprojektowany mechanizm, który gromadzi energię kinetyczną toczącej się puszki; gdy puszka się zatrzymuje, oddaje energię, turlając się w przeciwną stronę. W pierwszej fazie ruchu energia kinetyczna zamienia się w energię sprężystości obciążonej gumy; w drugiej - zgromadzona energia sprężystości zamienia się ponownie w energie kinetyczną.
)
|
Torem stożków są nierównoległe szyny stykające się na jednym końcu i nachylone pod pewnym kątem do poziomu. Ustawiona na szynach bryła złożona z dwóch stożków sklejonych podstawami wtacza się pod górę. Czyżby jej ruch zaprzeczał prawu grawitacji? Przecież walec położony na tych samych szynach stacza się w dół jak każde zwykle ciało. Tajemnica tkwi w położeniu środka masy. Minio wrażenia, że cała bryła wtacza się pod górę, jej środek masy (a więc i ciężkości) się obniża.
A jak na tym torze zachowa się kula?
)
|  |
)
)
)
 |
Zabawkę tę prezentował już sam Faraday na swoich wykładach, wyjaśniając pojęcia środka ciężkości i równowagi ciał Z czasem zdobyła ona dużą popularność i zaczęto ją nazywać wańką-wstańką, bo niezależnie od lego. jak zostaje położona (rys. b i c), zawsze sama się podnosi (rys. a).
Nietrudno się domyślić, że takie właśnie zachowanie wańki-wstańki spowodowane jest niejednorodnym rozkładem masy i do tego tak dobranym, by środek ciężkości znajdował się w pobliżu podstawy (punkt O) W sytuacjach przedstawionych na rysunkach siłą ciężkości G przyłożona jest w punkcie O. W położeniu pionowym przechodzi ona przez punkt zetknięcia lalki z podłożem. Moment siły G jest zatem równy zeru i pozycja laka odpowiada położeniu równowagi. W obu pozostałych przypadkach pojawia się moment siły G względem punktu podparcia S, powodujący obrót lalki do jej położenia pionowego, w którym moment len znika. Powrót wańki-wstańki do pionu można również wytłumaczyć dążeniem do przyjęcia pozycji odpowiadającej najmniejszej wartości grawitacyjnej energii potencjalnej. Warunek ten jest bowiem równoznaczny z najniższym położeniem środka ciężkości, tak jak na rysunku a.
)
|
Oto ustawione obok siebie trzy rynienki - tory, po których mogą staczać się kulki. Jeden z nich w nachylona w dół prosta, drugi - cykloida, a trzeci - łuk okręgu. Wszystkie zaczynają się na tej samej wysokości i spotykają ponownie nieco niżej. Z tej samej wysokości na wszystkich trzech torach puszczamy w pewne] chwili jednocześnie trzy identyczne kulki. Jak sądzisz, która pierwsza dotrze na miejsce spotkania?
Zapewne większość z nas "obstawi" tor prostoliniowy, gdyż jest on najkrótszy, pozostałe kulki mają do przebycia dłuższą trasę Niestety. intuicja nas zawodzi. Okazuje się, ze po tym torze kulka stacza się najdłużej! Najkrócej trwa ruch po środkowym torze - cykloidzie. Przypominamy, ze cykloida to krzywa, którą zakreśla ustalony punkt na okręgu toczącym się bez poślizgu po linii prostej. Jeśli namalujemy kropkę na oponie roweru, to podczas jazdy po prostej Ścieżce zatoczy ona właśnie cykloidę.
W punkcie spotkania wszystkie kulki mają laką samą prędkość, gdyż (dla wszystkich taka sarna) różnica energii potencjalnej zamienia się na energię kinetyczną. Skąd zatem bierze się różnica w czasach przebiegu, i to niezgodna z naszą intuicją? Gdybyśmy chcieli wytłumaczyć to zachowanie przyczynami dynamicznymi, trzeba by stwierdzić, ze na kulki ze strony torów działają pewne siły, zwane siłami reakcji. Pozioma składowa siły reakcji jest średnio największa dla cykioidy. powodując największe średnie przyspieszenie.
Interesujący jest tez fakt, że ze wszystkich krzywych łączących dwa dowolne punkty w potu grawitacyjnym czas spadania po cykloidzie jest najkrótszy.
)
|  |
 |
Dobrze wprawiony w ruch lewitron unosi się kilka centymetrów nad podstawą. Domyślamy się. ze coś musiało lokalnie zrównoważyć siłę ciężkości. Bąk jest magnesem, a i w podstawie ukryty jest magnes, To ich wzajemne oddziaływanie utrzymuje bąka w powietrzu.
Na rysunku pokazany jest przebieg linii pola magnetycznego Magnes w podstawie skierowano biegunem północnym ku górze, a magnes w bąku - biegunem północnym w dół. Oczywiście każdy magnes ma dwa bieguny, ale te dwa są najbliżej siebie, ich oddziaływanie jest więc najsilniejsze. Wiemy, że bieguny jednoimienne odpychają się, Jeśli właściwie dobierzemy ciężar bąka do wielkości sił magnetycznych, wypadkowa silą działająca na bąka będzie równa zeru. Równowagę trwałą (przynajmniej na kilka minut) uzyskuje się jednak tylko dlatego, ze bąk wiruje.
Doprowadzenie bąka do lewitacji nie jest łatwe - nie powinien wirować ani za wolno, ani za szybko. a jego masa musi być bardzo dobrze dobrana (służą do tego pierścienie, które nakłada się na os bąka). W końcu bąk i tak spada, między innymi dlatego że opór powietrza zwalnia jego obroty.
Jak myślisz, jak zachowywałby się lewitron w próżni kosmosu i z dala od dużych mas wytwarzających pole grawitacyjne? )
)
)
)
|
)
)
)
)