Zafascynowani doświadczeniami fizycznymi oraz pamiętając ciekawe warsztaty z ciekłym azotem w roli głównej z niecierpliwością czekaliśmy na kolejne spotkanie z Panem Dr inż. Marcinem Jarosikiem z Instytutu Fizyki Politechniki Częstochowskiej. Odbyło się ono w sobotnie popołudnie 22 marca 2014 r. w Szkole Podstawowej w Rędzinach- Osiedlu. Każdy z nas zastanawiał się czym tym razem zaskoczy nas Pan Dr Jarosik. Nasze zaciekawienie wzrastało, gdy przyglądaliśmy się sprzętom wyciąganym przez Pana Marcina z samochodu.
Z pozoru zwyczajnie wyglądające przedmioty jak krzesło, płyta CD, piłeczka do ping- ponga, balon czy koło rowerowe posłużyły do przybliżenia nam wielu zjawisk fizycznych.
Do pierwszego doświadczenia użyty został balon i płyta CD.
Gdy od środka płyty CD przymocujemy balon to, dopóki balon jest pusty, pomiędzy płytą a podłożem występuje tarcie (związane z niezerowym współczynnikiem tarcia).
Jeżeli balon zostanie napompowany i pozwolimy mu się samoczynnie opróżniać, pomiędzy płytą a podłożem pojawi się cienka warstwa powietrza. Kontakt płyty z podłożem zostanie zerwany, współczynnik tarcia w teorii będzie równy 0, więc nie będzie występowało tarcie (poza oporem powietrza). Aby doświadczenie było lepiej widoczne najlepiej wykonać je na gładkiej i równej powierzchni np. szybie. Przykładem praktycznego wykorzystania tego zjawiska są poduszkowce.
Doświadczenie nr 2 wymagało już zastosowania specjalnego przyrządu, gdyż prowadzący przekazywał nam wiedzę nt. zderzeń sprężystych i niesprężystych.
Wykorzystaliśmy to tego tor powietrzny, który pozwala na ruch ciał bez oporów (wykorzystuje zjawisko z poprzedniego doświadczenia). Dzięki temu przyrządowi możemy przeprowadzać zderzenia ciał.
Zderzenia sprężyste, to takie, w których pęd oraz energia kinetyczna układu ciał przed zderzeniem są jednakowe jak po zderzeniu. Zderzenia niesprężyste to takie, w których pęd układu ciał jest zachowany a energia kinetyczna nie.
W doświadczeniu możliwe są różnorakie kombinacje – zderzenia ciał o jednakowych lub różnych masach, zderzenia ciał poruszających się w tym samym, lub przeciwnym kierunku itd.
Przykład 1: zderzenie sprężyste ciał o jednakowej masie. Ciało 1 znajduje się w spoczynku, natomiast ciało 2 porusza się z prędkością V. Po zderzeniu nastąpi przekaz pędu i ciało 1 będzie poruszało się z prędkością V, natomiast ciało 2 będzie znajdować się w spoczynku – pęd i energia kinetyczna układu zostały zachowane. Przypadek 2: zderzenie niesprężyste ciał o jednakowej masie. Ciało 1 i ciało 2 poruszają się w przeciwnych kierunkach. Następuje zderzenie ciał, które w wyniku zderzenia łączą się ze sobą i zatrzymują – wypadkowy pęd został zachowany, natomiast energia kinetyczna już nie.
Z uwagi na to, że całe doświadczenie trwa tylko kilka sekund dla lepszego zaprezentowania momentu zderzenia wykorzystywane są specjalne wózki.
W kolejnym doświadczeniu poznaliśmy w praktyce zasadę zachowania momentu pędu.
Nauczyciel akademicki wykorzystał do tego celu obciążone koło rowerowe (obciążone po to by zwiększyć jego moment bezwładności). Koło było wyposażone w odpowiednie uchwyty.
Z uwagą obserwowaliśmy różnicę w zachowaniu koła wtedy, kiedy się kręciło i gdy było w spoczynku. W spoczynku można bardzo łatwo zmieniać kierunek osi koła natomiast, gdy się ono obraca osobie wykonującej doświadczenie przychodzi to już znacznie trudniej. Wymaga to wykonania dużo większej pracy. Na tej zasadzie działa żyroskop, który jest wykorzystywany w praktyce m.in. w lotnictwie.
Druga część doświadczenia polegała na praktycznej prezentacji zasady zachowania momentu pędu. Prowadzący dla zachowania bezpieczeństwa sam wykonał to doświadczenie. Siedząc na krześle obrotowym tylko za pomocą zmiany kierunku osi obrotu koła wprawił własne ciało
w ruch obrotowy w prawo, lub w lewo – zawsze tak, by wypadkowy moment pędu jego ciała
i koła pozostawał niezmienny, następnie rozkręcił się na krześle w jedną stronę i udowodnił, że można wyhamować ten ruch obrotowy odpowiednio ustawiając kierunek osi obrotu koła.
Obrotowe krzesło jeszcze nam się przydało do kolejnego doświadczenia. W praktyce każdy może je wykonać, obracając się na krześle biurowym, choć w tym przypadku efekt będzie trwał krócej
i będzie mniej widoczny z uwagi na większy opór standardowego krzesła biurowego. My dysponowaliśmy wówczas specjalnym urządzeniem o małym oporze, do którego przymocowane było krzesło. W każdy razie siedząc na wprawionym w ruch obrotowy krześle i rozkładając ramiona lub przybliżając ręce do siebie wpływamy na zmniejszenie/zwiększenie prędkości z jaką się obracamy.
W doświadczeniu nr 4 umieściliśmy piłeczkę do ping-ponga w lejku i włączyliśmy urządzenie do wytwarzania strumienia powietrza. Powietrze opływało ją od „wąskiej” i „szerokiej” strony lejka z różną prędkością (większą od strony „węższej”). W związku z tym powstaje różnica ciśnień po obydwu stronach piłeczki i mimo, że powietrze jest wydmuchiwane z lejka, siła nośna działa na piłeczkę w przeciwnym kierunku – dociska ją do lejka. Zjawisko to nazywane jest paradoksem hydrodynamicznym.
Dla porównania można oddziaływać na piłeczkę np. do ping-ponga kierując na nią strumień powietrza (nie umieszczając jej wewnątrz lejka).
Ostatnie z doświadczeń przedstawiało działanie próżniowej pompy dyfuzyjnej.
Model do demonstracji składał się z urządzenia do wytwarzania strumienia powietrza i plastikowej butelki, połączonej trójnikiem. Urządzenie dmuchało powietrzem a mimo to butelka się kurczyła zamiast pompować. Zjawisko to powstało, gdyż w wężu wytworzony został wymuszony strumień szybko poruszających się cząsteczek powietrza. Wewnątrz butelki cząsteczki gazu poruszają się swobodnie (chaotycznie). Te cząsteczki, które wpadną w strumień powietrza wydmuchiwany przez urządzenie zostają porwane i wyrzucone na zewnątrz.
W związku z tym, jest ich coraz mniej w butelce – spada wewnętrzne ciśnienie i z tego powodu butelka się kurczy.
Poprzednie warsztaty z ciekłym azotem nie ostudziły zapału uczestników do dalszego zgłębiania tajemnic fizyki i chemii, natomiast podczas tych z mechaniki zapanowało pewne poruszenie, gdyż po zakończeniu doświadczeń uczestnicy przystąpili do rozpakowywania zakupionych wcześniej zestawów do samodzielnych doświadczeń.
Warsztaty z naukowcem odbyły się w ramach projektu pn. „Fizyka i chemia – to interesujące” finansowanego ze środków programu „Równać Szanse” Polsko-Amerykańskiej Fundacji Wolności administrowanej przez Polską Fundację Dzieci i Młodzieży.
