Fakulteta za matematiko in fiziko
Projektno delo pri predmetu Naravoslovna obzorja

V VRTINCU

ČLANI: Diana Kuralt, Tjaša Pevec, Nace Kapus, Jaka Gubanc
MENTOR: Urša Skerbiš
akademsko leto 2016/2017

FIZIKALNO OZADJE

Magnetno polje ponazorimo s silnicami. Te po dogovoru izhajajo iz severnega pola in se stekajo v južnega. Magnetu, ki smo ga uporabili v poskusu, smo s Hallovo sondo izmerili gostoto magnetnega polja, ki je bila na robu večja kot na sredini magneta, zato silnice izgledajo približno tako:

Skica silnic magneta.

V magnetnem polju deluje sila na gibajoče naelektrene delce. Izračunamo jo z zvezo

kjer je e naboj delca, v hitrost delca in B gostota magnetnega polja. Magnetna sila, hitrost delca in gostota magnetnega polja so vektorji. Smer sile F določimo kot smer premika desnega vijaka.

Shema poskusa.

Poskus smo zastavili tako, da je tok tekel od sredine posode k robu. Magnetna sila povzroči, da se voda začne vrteti, kroženje pa je zaradi energijskih izgub, oziroma trenja med plastmi vode, enakomerno. Tako nastane vrtinec, ki se v središču vrti hitreje kot na robu posode. Razlika hitrosti poskrbi za razliko tlakov, saj je pri večjih hitrostih tlak manjši (Bernoullijeva enačba). Zaradi razlike tlakov nastane radialna sila, ki je usmerjena od roba proti središču. V enačbi za izračun magnetne sile nastopata jakost magnetnega polja in hitrost nabitega delca(neposredno povezana z tokom), zato nas bo zanimalo kako ti dvi količini vplivata na hitrost vrtenja vode. Zaradi enačbe napovedujemo, da se bo tako z povečevanjem toka, kot z povečevanjem jakosti magnetnega polja hitrost vrtenja povečala.
Ugotovili smo, da je hitrost gibanja delcev odvisna od polmera. Zanimalo nas je, kako sta ti dve količini med sabo povezani in opazili podobnost z znanim fizikalnim zakonom. Gibanje bleščic spominja na gibanje planetov okoli Sonca, zato smo preverili, ali velja tretji Keplerjev zakon tudi za gibanje v vrtincu. Omenjeni zakon povezuje polmer krožnice in obhodni čas s preprosto zvezo

oziroma

Če v dani enačbi upoštevamo

dobimo zvezo

To zvezo bomo pokusili potrditi z našim poskusom.