Vodomet na vročo vodo.

UVODNE IDEJE

Začeli smo z medsebojnim spoznavanjem in kar hitro smo ugotovili da imamo člane, ki so bolj praktične narave in iščejo najlažji in najbolj enostaven način za rešitev problema, spet drugi so pa bolj teoretične narave in si želijo poskus poglobiti in dodati še kakšen nepotreben problem. Skupaj smo ubrali neko zlato sredino in se lotili poskusa. Najprej smo izvedli osnovni poskus, ki nam je bil podan v navodilih. Vročo vodo smo nalili v pipeto, jo obrnili in iz nje je brizgnil curek vroče vode (kot je prikazano na spodnji sliki).

Slika 1: Uvodni poiskusi

Opravili smo nekaj poskusov, da smo se pobližje spoznali s problemom, ki smo ga poskušali razložiti. Po nekaj poskusih smo prišli do naslednjih sklepov:

• Če je v pipeti preveč ali premalo vode oz. je razmerje voda : zrak v pipeti preveliko/premajhno, potem so višine bile občutno manjše kot pri bolj optimalnejših razmerjih, s katerimi smo se bolj ukvarjali na našem drugem srečanju.

• Preizkusili smo tudi našo teorijo o tlaku, ki se glasi takole: Ko vročo vodo nalijemo v pipeto, jo nepredušno zatesnimo in počakamo, da voda v pipeti nekaj časa stoji in jo šele nato obrnemo, bo voda brizgnila višje, saj se bo parni tlak povečal in tako bo višina večja. To teorijo smo zelo kmalu ovrgli, saj smo opazili in ugotovili, da čas ko voda stoji v nepredušno zaprti pipeti negativno vpliva na višino curka vode - več časa voda stoji, manjša je dosežena višina. Največje višine smo dosegali z najbolj segreto vodo v primerih, ko smo vročo vodo natočili oz. bolje rečeno s podtlakom potegnili v pipeto in jo v najkrajšem možnem času obrnili.

• Želeli smo ugotoviti vpliv zunanje temperatura in tlaka na višino curka, vendar smo naš poskus omejili na delavnico in njeno višino, ki smo jo kar nekajkrat tudi dosegli. Tako smo poskus izvajali v približno enakem območju tlaka in temperature skozi vsa tri srečanja.

• Pri začetnih poskusih smo delali s 25 mL pipeto in predvidevali, da je višina curka vroče vode največja, če je pipeta napolnjena na približno ¾ celotnega volumna pipete.

Kako smo te opiskuse izvajali je podrobneje opisano pod zavihkom "EKSPERIMENT".

Naredili smo načrt za naslednje srečanje, kjer smo potrebovali in uporabljali pipete različnih dimenzij, stojalo z možnostjo obračanja pipet, kartonasto škatlo z merilno skalo, visoko hitrostno kamero in stojalo za le to.

ODPRAVLJANJE SPREMENLJIVK

Postavili smo si stojalo za pipeto z možnostjo obračanja, kar nam je zelo olajšalo delo in izničilo človeški faktor pri obrnitvi pipete za 180 stopinj oz. do položaja, kjer je voda v curku zapustila epruveto (smer in zasuk pipete sta prikazana na spodnji sliki). Ko smo to počeli lastnoročno, so bile meritve zelo nezanesljive, saj nismo mogli natančno določiti dosežene višine, saj je curek zmeraj šel nekoliko postrani. Tako smo odpravili človeški faktor in začeli z meritvami. Pri tem nam je pomagala visoko hitrostna kamera, ki je služila kot potrditev dosežene višine curka, ki smo jo merili tudi z lastnimi očmi s pomočjo kartonaste skale v ozadju curka. Najprej smo se sporazumeli, da je najbolje preučevati vsak parameter posebej, torej preučujemo en parameter, ostali parametri pa so konstantni. Konstantni parametri pri vseh treh srečanjih so bili:

• Temperatura in zračni tlak okolice - delavnice, kjer smo poskus izvajali.

• Temperatura pipete (konstantno temperaturo pipete smo zadrževali tako, da smo prvih nekaj meritev naredili "v prazno" in na ta način ogreli pipeto, ki se je potem postopoma ohlajala kot se je ohlajala temperatura vode, ki smo jo točili v to pipeto)

Tako smo določili, da posebej spreminjamo temperaturo vode in opazujemo kako se z zmanjšanjem temperature vode spreminja višina curka.

Zanimala pa nas je še ena stvar - razmerje med volumskim deležem zraka in vode v epruveti. Preko že opravljenih osnovnih poiskusov smo predvidevali, da največje višine vodnega curka dosegamo pri približno ¾ volumna pipete zapolnjene z vodo, zato smo se odločili, da to preizkusimo na vseh pipetah, ki so nam bile na voljo. Rezultati poiskusov so predstavljeni pod zavihkom "EKSPERIMENT".

Problem, ki se nam je pojavil pri najmanjši pipeti (5 mL) je bil, da vroča voda, kljub optimalnemu razmerju voda : zrak, ni brizgnila. Problem smo skušali odpraviti tako, da bi zmanjšali površinsko napetost vode, zato smo vroči vodi dodali milnico, vendar je rezultat bil enak - voda ni brizgnila. Poskusili smo tudi z etanolom, vendar smo zopet ostali praznih rok - tekočina ni brizgnila. Bili smo kar malo razočarani, saj nismo imeli primerne tekočine, ki bi nam omogočila brizganje tudi pri najmanjši pipeti.

Slika 2: Opis mehanizma obračanja pipete

ZANIMIVOST

Opazili pa smo tudi nekaj zanimivega. Ko nalijemo toplo vodo v pipeto in jo obrnemo, voda steče po stenah pipete in segreje zrak v pipeti. S tem se zrak razteza in ustvarja večji pritisk v pipeti kot je tlak zunaj nje. Ko pipeto zopet obrnemo v prvotni položaj, opazimo, da v pipeto prihajajo mehurčki. Predvidevamo, da so to zračni mehurčki, saj se zrak v pipeti ohlaja, krči in posledično nastane manjši tlak v pipeti, kar omogoči zunanjemu zraku lažje prodiranje v pipeto, da bi se zunanji zračni tlak in tlak v pipeti izenačila. To se čez nekaj časa zgodi, število mehurčkov se sčasoma zmanjšuje, kar pomeni, da se je tlak že skoraj izenačil, kar se na koncu res tudi zgodi. Tudi če v trenutku, ko se izenačevanje tlakov konča, obrnemo pipeto, voda ne brizgne, saj niti ne more, ker sta se tlaka že izenačila.