Ko smo končali analizo rezultatov in združili vse ugotovitve, smo bili zadovoljni. Našli smo optimalno termokačo, torej tisto z največjo kotno hitrostjo.

Prva ugotovitev je bila, da morajo naš toplotni stolp sestavljati 4 čajne svečke, saj to zagotavlja najbolj enakomerno porazdelitev dvigajočega se toplega zraka. Pri manjšem številu sveč se nekaj termokač sploh ni zavrtelo, ali pa so se vrtele preveč neenakomerno. Tudi dodajanje še večjega števila sveč ni prispevalo k boljšemu vrtenju spirale, saj so bile te od termokače že preveč oddaljene.

Iz analize je razvidno, da se hitreje vrtijo termokače z manjšo maso (torej enkratna masa) in manjšim polmerom – ta pa ne sme biti premajhen, saj se termokača z r = 2 cm sploh ni zadovoljivo vrtela. Prva termokača, ki je ustrezala našim kriterijem (dosežena konstantna kotna hitrost za vsaj 12 zasukov) je imela polmer r = 3 cm.

Želeli smo preveriti tudi odvisnost hitrosti termokače od njene dolžine, brez da bi pri tem spreminjali maso (torej bi termokače z enakimi polmeri in številom ovojev le raztegovali), a to v praksi ni bilo izvedljivo, saj se je ob poskusu raztega termokača preveč deformirala, da bi dobili kvalitetno meritev. Te odvisnosti torej nismo mogli posebej proučiti, kot smo to lahko storili z maso.

Pri preverjanju odvisnosti hitrosti termokače od števila ovojev smo ugotovili, da se najhitreje vrti termokača s 4,5 ovoji (rotacijami) – tiste z manj ovoji so se vrtele počasneje, termokače z več ovoji (npr. 5) pa nismo mogli fizično izdelati. Preverili smo tudi, kako se hitrost spreminja z oddaljenostjo najnižje točke termokače od delovne površine (mize) in s tem vira toplote. V nasprotju z našimi pričakovanji so se hitreje vrtele termokače, ki smo jih namestili na višje stojalo, a seveda obstaja tudi zgornja meja. Te meje žal nismo našli, saj nismo izvajali meritev s stojalom višjim od 20 cm. En razlog za to je bil stabilnost termokače, saj je že takšno stojalo dokaj visoko, a če bi imeli več časa, bi lahko preverili tudi hitrost vrtenja na višjih stojalih. Glede na naše meritve pa se je vseeno najhitreje vrtela termokača na h = 20 cm.

ZMAGOVALNA TERMOKAČA


POMANJKLJIVOSTI POSKUSA

Tekom našega opazovalnega poskusa smo želeli termokačo tudi izboljšati. Ugotovili smo, da okoliško gibaje občasno povzroči veter, ki zmoti plamene sveč – ti začnejo plapolati, in ker njihov toplotni stolp ni več enakomeren, se tudi termokača ne vrti enakomerno. Da bi bilo dviganje toplega zraka nemoteno, smo poskusili termokačo ograditi. To smo storili s škatlo in pleksi steklom, a v praksi pregrada ni funkcionirala, saj so drobne špranje v kartonu še povečale prepih, in se plamen sploh ni umiril. Naš predlog za natančnejše meritve je, da bi termokačo postavili v neprodušno ogrado, da nič ne bi motilo vertikalnega dviganja zraka.

Dodatna izboljšava bi bila še natančnejše rezanje ter postavljanje termokače na stojalo. Kljub našemu trudu smo opazili, da termokače niso bile popolnoma enako centrirane na palici, prav tako so imele različne višine palic majhne odklone od navpičnice. Zaradi vsega tega smo meritvam dodali slučajno napako, a na tem področju še obstaja prostor za izboljšane meritve.

Prav tako bi napako zmanjšal drug način merjenja hitrosti. Pred začetkom dela smo se pogovarjali o možnosti, da bi hitrost (oz. čas za zasuk termokače) merili z laserskim merilnikom, posamezne čase zasukov bi torej zajemali, ko bi rep termokače prekinil svetlobna vrata. Tega zaradi tehnične zahtevnosti in časovne omejitve našega dela nismo izvedli, in smo termokače raje snemali in nato hitrost vrtenja analizirali po kadrih. Napaka zaradi te analize ni velika, a z laserskim merilnikom bi bili še natančnejši.

Poglavitna stvar, ki bi jo naša skupina izvedla z več časa, bi bila več meritev. Izmerili bi tako več različnih termokač v povezavi z vsako spremenljivko, kot tudi več kot 3 termokače pri enakih pogojih, da bi dobili povprečje večih meritev. Z opazovanjem več različnih termokač bi lahko določili tudi odvisnost hitrosti od posameznih količin, saj trenutno iz naših meritev ne moremo določiti, če je naraščanje hitrost z višino npr. linearno ali logaritemsko.

POMEN OPAZOVALNEGA PROJEKTA

Iz izvajanja opazovalnega poskusa smo se naučili, kako zasnovati poskus in določiti bistvene količine, ki jih je potrebno opazovati, tako posamič, kot njihove medsebojne odvisnosti (npr. masa in radij). Med delom običajno nastanejo nepričakovani zapleti, s katerimi smo se mogli soočiti – potrebno je bilo popraviti slabo narejena stojala in termokače, morali smo najti najboljše število sveč, pri katerem se spirala začne enakomerno vrteti. Naš poskus ima že v prejšnjih poglavjih opisane pomanjkljivosti, a menimo, da so naši rezultati kvalitetni, saj so se npr. termokače v pri enakih pogojih res vrtele dovolj podobno, da smo hitrosti smeli povprečiti in nato povprečja različnih hitrosti termokač primerjati. Tudi v okviru določene napake se različne termokače v ekstremih (npr. največji in najmanjši možnen radij) vrtijo različno hitro, torej smo pri izvajanju poskusa izbirali smiselne spremenljivke. Z upoštevanjem predlogov za izboljšave bi lahko pridobili še boljše meritve, a glede na naš čas za opazovanje termokač menimo, da so meritve dobre.

V skupini smo si naloge razdelili in tekom poskusa ter izdelovanja poročila sodelovali, a seveda ne brez nesporazumov. Te nam je na srečo vedno uspelo rešiti, strinjamo pa se, da je pomemben del projektnega dela tudi koordiniranje članov skupine, saj je potrebno način dela sproti usklajevati (npr. ko smo iskali najboljši način analize) in prilagajati. Z dobro komunikacijo nam je uspelo rešiti tovrstne probleme, saj skupinsko delo funkcionira le, če vsak doprinese svoj prispevek.

Eden težjih delov naloge je bil poskusiti opisati mehanizem vrtenja termokače z matematičnim modelom. Proučevali smo konvekcijo in posledično silo zraka na termokačo, ter ugotovitve v poglavju »model vrtenja spirale« tudi opisali po svojih najboljših močeh. Celoto bi lahko še izboljšali, a menimo, da smo v poglavju zaobjeli svoje glavne ugotovitve.

A zakaj smo se s to nalogo sploh ukvarjali? Poleg tega, da smo pridobili izkušnje na vseh zgoraj opisanih področjih, smo se v skupini pogovarjali tudi o aplikacijah mehanizma vrtenja termokače v realnosti. Po nekaj idejah, kje dnevno naletimo na konvekcijo, smo prišli do zaključka, da nas opazovana termokača kot celota še najbolj spominja na vrtenje turbine v elektrarni. Nobena splošno poznana elektrarna ne deluje na princip konvekcije, saj turbine običajno poganja vodna para (termo/jedrska elektrarna), ali v primeru hidroelektrarne, vodni tok. V našem primeru se termokača vrti zaradi sile toplega zraka, torej principa tudi ne moremo direktno primerjati z vetrno elektrarno. Če bi našli dovolj dober izvor konstantno dvigajočega se toplega zraka v naravi, bi morda lahko s takšno turbino pridobivali električno energijo.


Naprej --> MODEL VRTENJA SPIRALE