VOLUMEN BALONA


ZAKLJUČEK

Problemi in zaokrožitvene napake

Pri vsakem poskusu smo naleteli na določen problem oziroma na stvari, na katere smo morali biti posebno pozorni pri izvedbi poskusa, da so bile napake pri meritvah kar najmanjše.

Preden smo se lotili izvedb poskusov, smo se veliko ukvarjali z iskanjem načina za polnjenje balona, s katerim bi točno vedeli, koliko (prostorninsko) je balon velik. Točnega volumna balona smo si želeli, da bi lahko tako natančno ocenili napako ostalih poskusov oziroma natančnost določenega načina pridobivanja volumna. Mislili smo, da bomo to lahko izmerili z uporabo tlačilke in štetjem izpustov zraka iz tlačilke v balon, vendar to ni šlo, saj je z naraščanjem tlaka v balonu vanj šlo tudi čedalje manj zraka iz tlačilke. Tako nam žal ni uspelo priti do načina, s katerim bi točno vedeli, koliko volumna je v balonu, zato napake naših poskusov lahko ocenimo samo opisno.

Nato smo začeli reševati problem enakomernega polnjenja z možnostjo ponovitve iz tedna v teden, saj bi se baloni iz enega srečanja v drugega izpraznili, zaradi česar balon iz prvega srečanja na drugem srečanju ne bi imel več istega volumna. Tako smo prišli do ideje, da bi jih napihovali s pomočjo kompresorja. Ker je velik kompresor preveč intenziven pri pihanju zraka, smo se odločili za manjšega, tistega za paintbrush. Seveda se že karakteristike (velikost, oblika, debelina stene) samih balonov med seboj razlikujejo, a smo to zanemarili, saj so bili vsi baloni iz istega paketa vsaj na prvi pogled enaki. Po prvem napihovanju nam je bilo jasno tudi, da že napihnjenega balona (katerega napihovanje se je recimo ponesrečilo), nismo smeli napolniti ponovno, saj je bila opna balona že raztegnjena in se je zato lažje napihoval in se je po 20s polnjenja napolnil bistveno bolj. To smo opazili, ko smo poskusili napolniti balon, katerega napihovanje se nam je ponesrečilo. Ponovno napihnjen balon je na oko izgledal tretjino večji, kot samo enkrat napihnjen balon.

Kaj bi lahko povzročilo napako pri določitvi volumna pri posameznem načinu:

  1. Poskus z vodo:

    Zavedamo se, da pri potopljenem balonu dobimo manjši volumen od dejanskega, saj se zrak v balonu pod pritiskom vode na opno balona skrči. Pri tem poskusu smo morali paziti tudi na to, da smo merilne čaše in ostale posode postavljali na vodoravno podlago. To bi namreč dodatno vplivalo na napako pri odčitavanju z metra, ki je bila prisotna zaradi 'človeškega faktorja'. Pozorni smo morali biti na hitre reakcije in s tem pljuskanje vode in na natančno prelivanje tekočine v merilni valj.

  2. Poskus s finim prahom:

    Pri merjenju volumna balona s finim prahom brusnih odpadkov avtomobilskega kita pa se je prah različno posedal, med samim prahom pa so nastali tudi večji ali manjši prostorčki zraka, zaradi česar volumna nikakor nismo mogli izmeriti natančno ('vedno' smo lahko še malo potlačili in dodali še nekaj prahu).

  3. Poskus s tekočim dušikom:

    Zaradi same varnosti rokovanja s tekočim dušikom balona nismo mogli optimalno stisniti v točko (kar smo upoštevali pri računu). Ko smo balon potopili v tekoči dušik, smo pri tehtanju naredili napako s tem, da se je na balonu nabralo nekaj kapljic tekočega dušika in smo skupaj z balonom stehtali še te. Bolj stisnjen balon pa se tudi bolj naguba, zato se naredi več robov, na katere se lažje ujame tekoči dušik. Zato smo iskali pravo razmerje in večkrat stehtali volumen balona pomočenega v tekoči dušik. Pri končnem računanju volumna balona smo zato vzeli povprečje oziroma mediano vseh izmerjenih vrednosti.

  4. Merjenje volumna s pomočjo integrala:

    Pri fotografiranju smo morali skalo (ravnilo) držati v isti ravnini, kot je os pokončnega balona. Z odmikom ravnila bi namreč dobili napačno skalo. Pomembno je bilo tudi, da smo balon fotografirali od 'dovolj daleč', da smo se izognili trigonometrični paralaksi. Paziti pa smo morali, da nismo slikali od predaleč, saj bi dobili slabšo kvaliteto fotografije in s tem večjo napako pri fitanju. Ker smo imeli svetlo sive balone, smo ozadje pri fotografiranju morali izbrati temno, da smo lahko dobro določili rob balona. Balon smo morali postaviti karseda vodoravno (oziroma navpično in nato sliko obrniti), da smo lahko v programu Logger Pro pravilno določili x-os. Ta je bila pomembna zaradi simetrije balona glede na x-os in integracije aproksimativne krivulje. Na dobljeni volumen pa je seveda zelo vplivala natančnost fitanja in primerna aproksimativna krivulja.

  5. Merjenje volumna preko plinske enačbe:

    Tu smo morali paziti, da smo na začetku poskusa, ko smo balon nataknili na gumijasto cev, zapirali ustje balona, da zrak ni uhajal. Poskus smo morali izvesti na vodoravni podlagi, da smo lahko kar se da natančno odčitali nivo vode v steklenem kvadru. Natančno smo morali označiti tudi gladino vode na različnih stranicah kvadra, da smo zmanjšali vpliv ne dovolj ravne podlage. Seveda je določena napaka nastala tudi zaradi odčitavanja, tako kot pri 1. načinu z vodo. Paziti smo morali, da je bil nivo vode izven kvadra in v njem na koncu na čim bolj enakem nivoju (da je bil tlak v mali posodi enak zunanjemu tlaku).

  6. Merjenje volumna preko plinske enačbe - dodatek:

    Odstopanje od prave vrednosti volumna v balonu lahko pri tem načinu povzroči samo površno odmerjena višina in zato napačno izračunan volumen zraka v posodi, ki ga uporabimo za izračun mase. Lahko bi bila sicer problematična predpostavka o enaki temperaturi in masi zraka v balonu, ampak načeloma lahko ti dve predpostavki privzamemo brez zadržkov.

UGOTOVITVE

Zdi se nam, da je za osnovnošolce (najbrž tudi za srednješolce) najprimernejša metoda za določanje volumna balona potapljanje le-tega v vodo. Ta metoda se je izkazala za kar natančno, hkrati pa je zelo enostavna, saj ne potrebujejo zanjo praktično nobenega znanja.

Za bolj natančne rezultate jim lahko pomagamo s tem, da jim damo posodo pravilne oblike s tankimi (enojnimi) stenami, da bodo lažje odmerili.

Zanimiv način za določitev volumna polnega balona se nam zdi določanje volumna z računanjem mase preko plinske enačbe, saj je poskus kompleksen. Zahteva uporabo teorije v praksi. Ta način se nam zdi zanimiv tudi za srednješolce, saj je precej povezan s kemijo in je zato interdisciplinaren. Je pa zaradi količine dela, svoje kompleksnosti (poskus je precej zahteven za razumevanje) ter raznovrstnih načinov uporabe plinske enačbe, primeren samo za boljše dijake, ki bi jim to predstavljalo svojevrsten izziv.

Metoda s tekočim dušikom je zanimiva, vendar je na večini srednjih šol verjetno ne bi želeli izvajati, saj rokovanje s tekočim dušikom zahteva neko mero odgovornosti. Poleg tega pa ta metoda tudi ne da tako dobrih rezultatov, kot bi si jih želeli.

Način za določanje volumna z uporabo integrala bi bil verjetno všeč boljšim maturantom, saj bi tako videli uporabnost integrala v praksi. Bi pa verjetno izračunali samo integral kot aproksimacijo spodnje meje ali kot aproksimacijo zgornje meje, zato bi prišlo do slabših rezultatov in z metodo ne bi bili zadovoljni.

Zdi se nam, da je najbolj natančen rezultat torej dalo računanje volumna z maso, dobljeno iz plinaske enačbe. Zadovoljni smo tudi z rezultatom, ki ga je dalo potapljanje balona v vodo. Zdi se nam, da bi s fitanjem (z nadgradnjo programa, ki bi omogočal še več različnih funkcij za aproksimacijo) lahko dobili bolj natančne rezultate, zato nismo obupali nad njo. Nismo najbolj zadovoljni z rezultati, ki nam jih je dalo pomakanje v tekoči dušik, najslabša metoda pa je vsekakor bila merjenje volumna s pomočjo prahu avtomobilskega kita. Zanima nas še, kakšen rezultat bi dobili, če bi balon »zaprli« v škatlo polno lahkega gela, saj bi le-ta malo pritiskal na stene balona, hkrati pa bi ohranjal obliko, zato bi lahko enostavno in natančno izmerili volumen balona, ko bi le-tega previdno potegnili iz gela (na primer z dolivanjem vode). Prav tako nas zanima, če bi s kakšno drugo kapljevino (na primer z oljem) dobili boljše rezultate kot z vodo.

Določanje volumna telesa se izkaže za precej uporabno stvar. Titanikove razbitine, raztrošene po dnu morja, naj bi na gladino morja dvignili tako, da so neko telo z določenim volumnom privezali na razbitino, ki je nato pod vplivom vzgona izplavala iz dna. Če bo to telo, ki ga na razbitino privežemo, premajhno, bo s tem na razbitino deloval premajhen vzgon in očitno ta razbitina nikoli ne bo ugledala dnevne svetlobe, zato je določitev potrebnega volumna za izplov telesa pomembna. Bralec si tudi sam brez prevelikih naporov spomni situacije, v kateri je poznavanje volumna nekega telesa bistvenega pomena (mogoče ne ravno natančne vrednosti, ampak le njene spodnje ali zgornje meje).

ZAHVALA

Posebna zahvala za izvedbo naših poskusov gre Poklukar Mateju, ki je prispeval paintbrush kompresor in še nekaj druge potrebne opreme. Posebna zahvala gre Novak Eriku, ki je prispeval osnutek spletne strani in nam s tem privarčeval prenekatero minuto. Najlepša hvala še Zupanc Maji, ki je darovala sliko Nine. Hvala Maja, Erik in Matej!