Visa fråga/svar
Kraft-Rörelse [4438]
Fråga:
Hej! Vid en av N2a:s hem-fysiklaborationer uppkom en liten fråga.
Vår fysiklärare René hänvisade oss till denna sida.
Nu till laborationen, och frågan: Om man i en PET-flaska stoppar
ett provör med öppningen nedåt och sedan tillsluter flaskan kan man
laborera lite med Arkimedes berömda princip. Provröret fungerar
ungefär som en dykarklocka med lagom mycket lyft i sig.
När man trycker på flaskan sjunker provröret och när man sedan
lättar på trycket stiger det igen. De krafter som påverkar provröret
är dess tyngd (som även innefattar luftens tyngd och som kan anses
vara konstant) och lyftkraften från vattnet, vilken varierar eftersom
vattnet trycker ihop luften i provröret och ändrar det undanträngda
vattnets volym. Nu till själlva frågan: provröret kan uppnå jämvikt
på alla djup, varför? Den enda förklaring jag kunde komma på är att
lyftkraften skulle kunna vara beroende av vätsketrycket. Sammanskrivs
Arkimedes princip, F=Vgr med formeln för vätsketrycket p=grh (gr löses ut)
fås en ny formel: F=PV/h. Enligt denna formel är lyftkraften direkt
proportionell mot vätsketrycket och det undanträngda vattnets volym,
men omvänt proportionell mot djupet. Denna formel är dock en smula
egendomlig. Enligt formeln förhåller sig storheterna till varandra
så här: F ökar då P ökar, F minskar då V minskar, F minskar då h ökar.
MEN: om h ökar, ökar P och då ökar F. Förklarar detta varför jämvikt
kan nås på alla djup? I så fall, gäller denna formel endast för detta
specifika fall?
/Simon S, Platenskolan, Motala
Svar:
Här är just experimentet upprepat, något modifierat. Slutsats:
Provröret når inte jämvikt på något djup (utom ytan och botten)
Modifieringen består av att det inte en person som klämmer på flaskan,
utan en skruvtving. Provröret befinner sig till en början vid ytan.
Vi drar försiktigt åt skruvtvingen, och slutar när röret börjar röra
sig det minsta. Vi ser då hur provröret rör sig allt snabbare mot botten.
Skruvar vi sedan på skruvtvingen för att lätta på trycket, får vi skruva
åtskilligt innan något händer. Provröret börjar röra på sig lite, och vi
slutar skruva. Provröret rör sig allt hastigare mot ytan. Något stabilt
mellanläge finns inte.
Det är ganska lätt att förstå kvalitativt. När provröret stiger, minskar
vattentrycket, luften expanderar och lyftkraften ökar. När man själv
trycker på flaskan, är det ingen konst att få provröret att lägga sig
på vilken nivå som helst. Det ser verkligen ut som om det finns
jämviktslägen på alla nivåer. Hur kan det förklaras? Den som trycker
på flaskan tittar ju hela tiden på provröret. Helt omedvetet ändras
trycket på flaskan, så att provröret håller sig på rätt nivå. Man kan
kalla det aktiv instabil jämvikt. Kruxet med dina räkningar är att V
beror av h.
Analogi 1: Sätt ett kvastskaft på pekfingret, och balansera så
att det hela tiden pekar upp. Det är inte svårt.
Analogi 2: Gripens styrsystem. Gripen är ett instabilt plan.
En dator finjusterar hela tiden rodren så, att planet går åt det håll
piloten vill. Det var ett programmeringsfel i denna dator som gjorde, att
ett Gripen-plan störtade under Vattenfestivalen i Stockholm för en
del år sedan.
/KS
*
Frågelådan innehåller 7624 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2022-05-21 17:33:39.
** Frågelådan är stängd för nya frågor tills vidare **
sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora
