Vi hade 3 likadana pet-flaskor. En av dem var tom, en var fylld med vatten och en var fylld med sand. Vi släppte alla samtidigt ifrån en rutschbana. Först ner kom flaskan med vatten i. Sedan kom flaskan med sand och sist flaskan som var tom. Flaskan med vatten vägde 554 gram, flaskan med sand vägde 693 gram och flaskan som var tom vägde 31 gram. Alla flaskorna hade samma friktion.

Vi undrar varför flaskan med vatten kom före flaskan med sand.
/Sofia S, Kullaviksskolan, Kungsbacka

Svar:
Sofia! Problemet är inte helt enkelt - det finns flera effekter som kan spela en roll.

Enligt siffrorna du ger skulle sanden ha densiteten 1300 kg/m³. Det låter väldigt lite! Är du säker på att flaskorna med sand och vatten var helt fulla? Om inte, så kommer speciellt flaskan med sand ha en mycket stor inre friktion.

Hur uppför sig den tomma flaskan? Rullar den ner eller glider den? Om den glider är friktionen annorlunda än om den rullar.

Om experimentet, vilket jag tror, skall visa på effekten av tröghetsmoment och rotationsenergi, är det inte bra att flaskorna är fyllda med något som är mer eller mindre rörligt. Om man skall kunna dra några slutsatser av fysikaliska experiment bör man om möjligt bara variera en sak i taget (en parameter i vår modell i taget). Länk 1 visar ett experiment med rullande burkar där man ser till dels att tyngderna (brickorna, i texten kallade packningar) är fixerade till burken och dels att burkarna väger lika mycket (har samma antal brickor).

Idén med försöket är att när burken rullar ner så omvandlas den potentiella energin dels till vanlig rörelseenergi och dels till rotationsenergi. Burken med det högre tröghetsmomentet (den med bickorna ute i periferin) kommer att ha mer rotationenergi och därmed mindre rörelseenergi mv²/2. Hastigheten v blir då mindre än för burken med brickorna inne vid rotationsaxeln.

Som jag sa är det inte helt lätt att förklara resutatet från ert experiment eftersom flera egenskaper varieras på en gång.

Den tomma flaskan var långsammast och det bör bero på att det relativa tröghetsmomentet (tröghetsmomentet/kg massa) är störst för den tomma flaskan. Detta eftersom en stor den av massan för den tomma flaskan finns ute vid periferin.

Den vattenfyllda flaskan var snabbast ner. Jag tror att det beror på att kontakten mellan vattnet och flaskan inte är så bra. Vattnet i flaskan sätts alltså inte i rotation så mycket, så det blir mer energi över till rörelseenergi.

Flaskan med sand har samma relativa tröghetsmoiment (samma massfördelning), men sanden har bättre kontakt med flaskan (högre friktion), så sanden sätts mer i rotation än vattnet. Mer rotationsenergi betyder mindre rörelseenergi och därmed mindre hastighet.

Hoppas detta hjälper er lite i era bryderier!
/Peter E

Nyckelord: tröghetsmoment [9]; fysikalisk modell [12];

1 http://snacks.fysik.org/showSnack.asp?id=27