Eksperimenti

Slamica v ravnovesju

Namen

Namen tega eksperimenta je bil spoznati, kolikšna je sila vzgona na slamico zaradi mehurčkov, ki se naberejo na njeni površini. Zanima nas, ali je volumen mehurčkov na površino slamice konstanten.

Napoved

Dolžina potopljenega dela slamice je premo sorazmerna z maso slamice.

Potrebščine

Visok merilni valj, gazirana pijača (radenska), vodilo (sestavljeno iz tanke žice in uteži), stojalo in slamice z različnimi preseki.

Metodologija

V merilni valj smo natočili radensko skoraj do vrha. Vanj smo nato pomočili oteženo žico, na katero smo nadeli slamico. Žico na zgornjem koncu smo vpeli v stojalo, tako da je bila napeta in navpična. Slamico smo potopili v gazirano pijačo in počakali, da se ustali v ravnovesni legi. Odmerili smo dolžino potopljene slamice in poskus ponovili še z ostalimi slamicami z drugačnimi preseki.

Meritve

Pri vsaki slamici smo dvakrat odmerili dolžino potopljenega dela slamice.

Slamica 1:

l11 = 85,0 mm ± 2 mm
l12 = 89,0 mm ± 2 mm 		Slamica 2:

l21 = 92,0 mm ± 2 mm
l22 = 94,5 mm ± 2 mm 		Slamica 3:

l31 = 67,0 mm ± 2 mm
l32 = 60,0 mm ± 2 mm


Izračuni

Vpeljali smo $\zeta = V/S$ kot konstanto vsote volumnov mehurčkov na površino z enoto [m].
Ravnovesje sile teže in sile vzgona zapišemo:

$F g = F \nu$
$m g = \rho g V$

Za volumen vstavimo $V = \zeta S$ in namesto površine pišemo $S = 2 \pi r l$, pri čemer je $2r$ premer slamice in $l$ dolžina potopljenega dela. Preuredimo in izrazimo $\zeta$.

$\zeta = m / (2 \pi r l \rho )

masa [g] dolžina [mm] premer [mm] ζ [m]
0,82 ± 0,001 85,00 ± 2,00 7,10 ± 0,05 4,34E-04 ± 1,38E-05
0,82 ± 0,001 89,00 ± 2,00 7,10 ± 0,05 4,15E-04 ± 1,28E-05
0,47 ± 0,001 92,00 ± 2,00 6,00 ± 0,05 2,68E-04 ± 8,63E-06
0,47 ± 0,001 94,50 ± 2,00 6,00 ± 0,05 2,61E-04 ± 8,25E-06
0,41 ± 0,001 67,00 ± 2,00 5,00 ± 0,05 3,90E-04 ± 1,65E-05
0,41 ± 0,001 60,00 ± 2,00 5,00 ± 0,05 4,35E-04 ± 1,99E-05

$\bar{\zeta} = 3,7 * 10^{-4} m ± 1,38 * 10^{-5} m$

Ugotovitve in interpretacija

Rezultati poskusa niso dobro skladni z napovedjo. Razlog se najverjetneje skriva v tem, da je med eksperimenti veliko mehurčkov izšlo iz vode in slamice v ravnovesju niso bile popolnoma zasičene z mehurčki. Prav tako je dvigovanje slamic iz pijače motilo vodilo, ki je kljub tankosti žice povzročalo silo trenja. Zaradi nezadovoljivih rezultatov smo se odločili poskus opraviti še na drug način.

Zgornja animacija prikazuje problem, ki nastane pri preveliki saturaciji mehurčkov. Zaradi tega je poskus težje izvedljiv.