Prvo srečanje – brainstorming (2. 4. 2015)

Na uvodnem srečanju smo sestavili prvo različico našega plovila. Tega smo naredili tako, da smo na CD z lepilno pištolo prilepili zamašek, nanj pa smo nato nataknili napihnjen balon. Poskus smo izvedli tako, da smo hoverkraft položili na tla, ter odprli zamašek tako, da je skozenj lahko stekel zrak iz balona.

[5]

Nato smo se vprašali, ali zaprtje majhnih odprtin med zamaškom in CDjem, resnično vpliva na čas lebdenja vozila. Na drug CD je bil zamašek zgolj prilepljen z lepilnim trakom, torej prepustno zaprt. Ko smo spustili obe, prepustni in neprepustni plovili, ter s štoparico merili čas lebdenja, smo po primerjavi časov lebdenja ugotovili, da je razlika minimalna in zanemarljiva. S prihrankom časa v mislih (lepljenje z lepilno pištolo vzame veliko več časa), smo se odočili, da bomo vsa plovila izdelovali po drugem načrtu, torej da se ne bomo ubadali s prepustnostjo/neprepustnostjo zamaška.

Naš naslednji korak je bil ta, da smo balon spustili še nekajkrat, vendar smo se sedaj namesto na čas lebdenja osredotočili na gibanje samega plovila.

Opazili smo, da ko je bilo odprtje iso nastavka čisto, torej da je bi ob odprtju balon popolnoma nacentriran na nastavek, ter ob odprtju ni bilo naglih sunkov/vrtenja, je plovilo lebdelo, ter se ni premikalo v nobeno smer. To nam je uspelo zgolj enkrat, vendar je bilo hkrati dovolj za nadalnje raziskovanje gibanja plovila. Med naslednjimi spusti smo opazili, da ko plovilo rahlo dregnemo, se začne gibati v smer, kamor smo jo dregnili, ko pa se balon zarotira, začne balon potovati kot cikloida (točke na CD-ju se premikajo kot se premikajo točke na kolesu).

Vrsta podlage

Gladka podlaga (miza/tla)

 Poskus na tleh oziroma mizi smo naredili na način opisan zgoraj (balon smo napihnili, nataknili na zamašek, ter odprli zamašek, da je zrak stekel skozi odprtino).

Hrapava podlaga

Za to podlago smo uporabili brusilni papir in ga izravnali. Plovilo smo spustili na enak način, kot na gladki podlagi, vendar se ni odlepilo iz tal, ker je nasedlo na naguban papir. Na podlagi tega poskusa zato nismo mogli pravzaprav komentirati prav nič, saj zaradi neravnosti papirja nismo dobili kredibilnega rezultata. Kot izboljšavo poskusa, ter nadalnje raziskovanje lebdenja na hrapavi podlagi, bi potrebovali večjo površino hrapave podlage.  Večjo površino hrapavega papirja pa je težko dobiti, zato smo se odločili, da nadalnjih poskusov ne bomo izvajali na hrapavi podlagi.

Voda

Hipoteza: zaradi tekočega agregatnega stanja vode bodo zračni mehurčki razburkali gladino, ter s tem onemogočili nastanek zračne blazine, na kateri bi lebdelo plovilo, zato pa plovilo potone pod gladino vode. 

Poskus smo opravljali na pladnju vode. Hoverkraft smo položili na gladino vode, ter odprli zamašek, da je zrak stekel skozi. Prvih nekaj trenutkov je plovilo sicer lebdelo, vendar se je kaj kmalu naša hipoteza začela uresničevati. Iz balona izstopajoč zrak je razburkal vodno gladino, plovilo pa se je po pričakovanju “ujelo” v valovito vodo (površinska napetost vode ni več mogla držati CD-ja na površini), ki ga je nato tudi potopilo. Odločili smo se, da se z vodo kot podlago ne bomo ukvarjali.

Vrsta ustja

Ko smo osnoven poskus spuščanja balona ponovili še nekajkrat, smo ugotovili, da ko smo neizpraznjen balon dvignili, se je balon hitreje začel prazniti. To nam je dalo misliti, da samo ustje nima vloge na izpuh zraka, ter da nanj vpliva le velikost luknje.
Sedaj smo se vprašali, ali na čas lebdenja vpliva tudi število lukenj, z isto površino (ena srednja luknja proti štirim malim luknjam). To se nam je zdelo smiselno za eksperiment, zato smo se odločili, da bomo to naslednjič poskusili.

 Začetni volumen

Že od samega začetka nam je bilo jasno, da večji, ko je začetni volumem, dalj časa lebdi balon. To smo nato želeli povezati še z začetnim tlakom, ter kako se nadtlak spreminja s časom. To naj bi, vsaj po našem prvotnem mnenju, vplivalo na pretok zraka, ter teoretično na višino lebdenja. Za naslednjo srečanje smo se dogovorili, da bomo naredili umeritveno krivuljo p(V) in sicer s pomočjo merilca tlaka v zraku, kin am ga je predstavil asistent. Za izračun volumna pa smo šli na splet pogledat delo prejšnjih skupin, ki so iskali najboljši način za računanje volumna balona.

 Tip balona

Za naslednje srečanje smo asistentu naročili nakup vodnih in čarovniških balonov. Različne vrste balonov smo želeli zato, ker smo menili, da različna vrsta guma vpliva na nadtlak in posledično na čas lebdenja. Na koncu smo ta poskus opustili, saj je bilo vodne balončke nemogoče napihniti, kompresorja pa žal nismo imeli na voljo.

Drugo srečanje – p(V) krivulja (9. 5. 2015)

p(V) umeritvena krivulja

Na drugem srečanju smo najprej prediskutirali, kako se bomo lotili povezovanja volumna z nadtlakom v balonu.

Prvi načrt je bil ta, da bi balon napolnili z zrakom in potopili v vodo, nato pa bi odčitali spremembo volumna vode tako, da bi pogledali, za koliko se dvigne gladina vode v merilnem valju. Tako meritev nam je onemogočil Arhimedov zakon, saj je bilo že za srednje napihnjen balon potrebna ogromna sila, da smo ga potopili pod vodo. To pa je spremenilo obliko balona ter s tem volumen, hkrati pa tudi tlak v balonu, zato smo to metodo opustili.

Po tehtnem premisleku ter pogovoru z mentorjem smo ugotovili, da bomo najbolj natančno v danem času izračunali volumen balona, če bomo balon obravnavali kot elipsoid, katerega ena polovica od največjega prečnega preseka je krogla, druga pa elipsoid. Na spletu smo našli enačbo za volumen elipsoida (4/3)*pi*a*b*c [4], za katero smo potrebovali radij (a, b) ter višino balona (c) kot polosi.

p(V) umeritveno krivuljo smo naredili na naslednji način:

• Najprej smo v prazen balon vtaknili cevko merilca tlaka
• S cevko v balonu smo nato napihnili balon kolikor je bilo le mogoče. V prvem poskusu smo balon napolnili preveč, tako da je le-ta počil
• Po napolnitvi balona smo balon 10 minut hladili, saj smo ugotovili, da vroč zrak (ob izdihu) znatno poveča nadtlak v balonu, zato smo balon ohladili na sobno temperaturo, saj smo tako lahko določili začetno termodinamsko stanje
• Po tem, ko smo balon ohladili, smo izmerili tlak, ter malo zraka spustili. Zopet smo odčitali tlak v balonu, ter to ponavljali do izpraznitve balona.

Velikost luknje & število lukenj z isto ploščino

Za naslednje srečanje smo se odločili, da bomo raziskali vpliv ploščine luknje ter več lukenj z isto ploščino. Poleg tega smo se odločili, da bomo preverili še vpliv decentralizirane luknje, skozi katero izteka zrak, na smer gibanja plovila.
V zamaške smo z vrtalnikom zvrtali luknje z različnimi velikostmi, ter več enako velikih lukenj. Za naslednje srečanje smo tako imeli pripravljenih 6 zamaškov: 1x luknja s premerom 3mm, 1x luknja s premerom 6mm, 4x luknja s premerom 3mm, 1x luknja s premerom 9 mm, 1x luknja s premerom 3mm + 2x luknja s premerom 6mm, 1x decentralizirana luknja s premerom 6mm. Zamaške smo preluknjali s svedri za kovino z zgoraj navedenimi premeri.

Tretje srečanje – zbiranje podatkov (16. 4. 2015)

Med prejšnjim srečanjem smo oblikovali zamaške, ki smo jih nalepili na cdje.

Načrt dela je bil sledeč:

• Napolnili smo 5 balonov do različnih volumnov, katere smo izmerili s pomočjo obsega, ter višine balona (izmerjene parametre smo nato vstavili v enačbo za izračun volumna elipsoida) 
• Balone nam je uspelo zatesniti tako, da smo ustje nekajkrat zavili, ter ga zalepili na sam balon. S tem smo v veliki meri onemogočali izpust zraka, seveda pa je najverjetneje pri kakšnem balonu nekaj zraka še vedno ušlo iz balona. To lahko torej opišemo kot eksperimentalno nedoločenost 
• Nato smo jih ohladili do sobne temperature. To smo storili tako, da smo jih pustili nekaj časa na sobni temperaturi (10 – 15 minut). 
• Enega po enega smo nataknili na zamašek hoverkrafta
•  Nato smo vsak hoverkraft posebej spustili, čas lebdenja smo merili s štoparico, gibanje vozila pa smo opazovali s pomočjo lepilnega traka nalepljenega v ravni črti.

Kot že rečeno, smo ta proces ponovili petkrat, s petimi različnimi tipi lukenj. Rezultate si lahko ogledate v zavihku rezultati.

Zadnji predpripravljen zamašek je imel izvrtano luknjo s premerom 6mm, ki pa je bila decentralizirana. Ko smo hoverkraft položili na tla, nanj nataknili balon, ter spustili zrak, smo opazili, da se vozilo giblje naravnost. Razlago za to smo našli v tem, da decentralizirana luknja del CDja dvigne bolj kot del zamaška, kjer luknje ni. Tako ima zrak več prostora, da uide skozi odprtino, ter se tako premika v eni smeri.

Preostanek časa smo se ukvarjali z gibanjem vozila. Odločili smo se, da bomo zaradi natančnosti meritev uporabljali iso nastavek, saj le ta omogoča spust plovila brez večjih sunkov, ki bi vplivale na neurejenost gibanja vozila.

Plovilo smo položili na tla, nanj nataknili balon, ter odprli iso zamašek. V prvem poskusu nam je uspelo kontrolirati smer vozila, saj plovilu nismo dali rotacije okoli geometrične osi, hkrati pa je bil balon popolno nacentriran na iso nastavek. Naslednje spuste smo CD nalašč zarotirali ter ugotovili da se težišče plovila še vedno giblje naravnost balon pa se rotira okoli navpične osi v začetni smeri rotiranja (ohranitev vrtilne količine sistema balona ter zraka v njem).

[5]