Weird Science

Nurek Kartezjusza

Pro­sto i cie­ka­wie

Nurek Kar­te­zju­sza to bar­dzo pro­sta zabawka fizyczna. Każdy może ją zbu­do­wać z mate­ria­łów dostęp­nych w każdym domu. Sam nurek to po pro­stu otwarta z jed­nej strony rurka, na przy­kład szklana(ja zasto­so­wa­łem nie­wielką pro­bówkę). Jest ona zanu­rzona w wodzie, dnem do góry. Dzięki temu wew­nątrz pro­bówki uwięziona jest bańka powie­trza, dzięki której zabawka unosi się w wodzie zamiast opaść na dno. Zamiast pro­bówki można użyć też nie­wiel­kich bute­le­czek po aro­ma­cie do cia­sta. Mam tu na myśli takie wydłu­żone, pro­bów­ko­ksz­tałtne. Mają one pła­skie dno ale to nam nie robi różn­icy. Nurek powi­nien uno­sić się w wodzie jak widzimy poni­żej:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Ilustracja:

Kliknij aby powiększyć

Następ­nie nurka należy umie­ścić w spo­rej(np 1,5l) butelce z two­rzywa sztucz­nego. Powinna być wypełn­iona wodą po szyjkę. Musimy oczy­wi­ście eks­pe­ry­men­tal­nie dobrać taką ilość powie­trza uwięzio­nego w rurce, żeby całość uno­siła się w wodzie. Następ­nie zakręcamy butelkę kor­kiem. Wszystko gotowe. Teraz magia! Lek­kie ści­śnięcie butelki spra­wia, że nurek opada na dno, zwol­nie­nie naci­sku wywo­łuje wynu­rza­nie się. Odpo­wied­nio wywa­żony nacisk pozwala utrzy­mać nurka na dowol­nej głębo­ko­ści, zmu­szać go do pod­wod­nych pod­sko­ków i innych zacho­wań. Poni­żej może­cie zoba­czyć jak to wygląda na modelu zbu­do­wa­nym przeze mnie.

Jak jed­nak wyja­śnić to zacho­wa­nie?

W nurku Kar­te­zju­sza wyko­rzy­stuje się dobrze znany fakt, że woda (w porów­na­niu do powie­trza) jest prak­tycz­nie nie­ści­śliwa. Gdy ści­skamy butelkę ciśnie­nie w niej wzra­sta wzra­sta. Prawo to mówi, że jeżeli na płyn (ciecz lub gaz) w zbior­niku zamk­niętym wywie­rane jest ciśnie­nie zew­nętrzne, to (pomi­ja­jąc ciśnie­nie hydro­sta­tyczne) ciśnie­nie wew­nątrz zbior­nika jest wszędzie jed­na­kowe i równe ciśnie­niu zew­nętrz­nemu. Ciśnie­niem zew­nętrz­nym jest tutaj wywie­rany przez nas nacisk na butelkę. W każdym puk­cie objęto­ści wew­nątrz butelki ciśnie­nie musi być takie samo, więc będzie następo­wało spręża­nie lub roz­pręża­nie pęche­rzyka powie­trza zamk­niętego w nurku. Z kolei z prawa Archi­me­desa wynika, że na ciało zanu­rzone w cie­czy dzia­łają dwie siły: siła gra­wi­ta­cji oraz prze­ciw­nie skie­ro­wana siła wyporu. Jeśli siła wyporu ma więk­szą war­tość niż siła ciężk­o­ści(sytu­a­cja A na poniższym rysunku) dzia­ła­jąca na ciało to to ciało unosi się na wodzie. W przy­padku B sytu­a­cja jest odw­rotna - prze­waża siła gra­wi­ta­cji, przez co nurek opada na dno. Ści­ska­jąc butelkę zmniej­szamy objętość pęche­rzyka i co za tym idzie siłę wyporu. Kiedy jej war­tość spad­nie poni­żej war­to­ści siły ciężk­o­ści… Tak, tak - pełne zanu­rze­nie:)

Ilustracja

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Lite­ra­tura dodat­kowa:

Marek Ples

Aa