Fórum: Hétköznapi fizika

Sajnálatos baleset történt a közelmúltban egy magyar gimnáziumban fizika órán (nem nálunk). A fizika tanár a képen látható hőtágulás mérő eszközzel mutatta be a fémek hőtágulását. Az óra nem a fizika előadóban volt, hanem egy normál tanteremben, a kis tanári asztal után közvetlenül egy tanulói pad következett, ahol ketten ültek. Az első kísérlet nem sikerült jól, a mutató nem tért ki láthatóan. A tanár meg akarta ismételni a kísérletet és egy nagy méretű üvegből alkoholt próbált önteni a tálcára, mielőtt az eszköz lehűlt volna. Öntéskor az üvegben lévő alkohol gőz belobbant, kilökte az üvegből az alkohol egy részét, ami az egyik gyerek arcára és kezére fröccsent és égett. Bár a tüzet gyorsan eloltották a tanuló súlyos égési sérülést szenvedett.

Az esetet azért írtam le, mert fontos tanulságai vannak és aki elolvassa, más kárából okulva remélhetőleg nem követi el ezeket a hibákat.

Biztos, hogy hálóról van szó, de szerintem nincs benne az üveg nyakában. 12-13 sec körül teszi rá az üvegre szájára a hálót és 1 perc 02 sec körül veszi le róla. A hálón a vékony gyufaszálakat át tudja csúsztatni.

Annak idején Rodolfo Bűvésziskolájában volt egy hasonló , tejesüveggel. Ott az üveg nyakába egy műanyag szitaszerűség volt berakva, ami a lassú kiöntést nem akadályozta, de fejjel lefelé a szitaszemek felületi feszültségei megakadályozzák a kiömlést ( ld. vizespohár + papírlap ) . A szalmaszál feldugás megoldására már nem emlékszem, pedig Rodolfo is bedugott egy - vékony - bűvészbotot.

Mi a magyarázat erre?

Egy mezőgazdasági boltban láttam a lenti szerkentyűt, neve hidroprés. Bármilyen lédús gyümölcs levét ki lehet vele préselni. Az alul lévő csőcsonkot egy tömlővel a vízhálózatra kell csatlakoztatni. Tessék kitalálni hogy működik!

A hintára két külső erő hat: a gravitációs erő és felfüggesztési pontban ható tartóerő. A gravitációs erő térfogati erő, a hinta és a rajta ülő személy közös tömegközéppontjába vehetjük fel a támadási pontját. A tartóerő mindig kötél irányú, ezért kell a hinta oszlopát oldalt is kitámasztani. Kezdetben mindkettő függőleges, egy egyenesbe esnek, csak ellenkező irányúak. Ahogy a hinta kimozdul a kezdeti helyzetéből, és ehhez elég, ha a hintázó elmozdítja a saját tömegközéppontját pl. előre, akkor a hinta hátrafelé mozdul, a két külső erő 180 foknál kisebb szöget zár be és eredőjüknek lesz vízszintes komponense. A kitérített ingát is ez az erő mozgatja az egyensúlyi helyzete felé.

Ez mind világos, hogy a gyereknek miért változik a lendülete. De ha a hintát és a hintázó gyereket egy rendszernek tekinted, akkor a kötélerő is belső erő lesz. A rendszer vízszintes irányú lendülete változik, mert változik a gyerek sebessége -> a rendszer tkp-jának sebessége is változik. Legyen a gyerek szélső helyzetben. Ekkor a kötélerő ugye szöget zár be a függőlegessel, lesz vízszintes irányú komponense, ami a hintát elhúzná, de tudjuk, hogy a hinta nem mozdul, ezért kell valamilyen erő ami visszatartja, erre gondoltam én a tapadási súrlódást (vagy beásott hintánál tartóerőt). Ez viszont a gyermek-hinta rendszerre ható külső erő, mert a talaj húzza vissza a hintát, és ettől változhat a hinta-gyermek rendszer lendülete (legalábbis szerintem, és erre szeretnék választ kapni ;)).

Köszönöm a válaszokat!

Üdv!

Csak annyival egészíteném ki, hogy ezt nevezik Leidenfrost-effektusnak.

Szervusz!

Az első kérdésre azt hiszem tudom a választ. Härtlein Károly a BME-n nagyon szeret folyékony nitrogénnel játszani, a jelenség ott ugyanúgy megfigyelhető, amikor a nitrogént a földre önti, kicsi nitrogéncseppek rohangálnak fel-alá. Ennek oka elvileg az, hogy a felszín a forráspontnál sokkal melegebb, így nagyon gyorsan egy vékony gőzréteg alakul ki rajta, amin mint légpárnán szaladgálnak a cseppek. A platni és víz esete ehhez nagyon hasonló.

Ezért van az is, ha az ember leönti a kezét véletlenül folyékony nitrogénnel, akkor az rövid idő alatt gyakorlatilag nem okoz semmilyen sérülést, mert kialakul egy légpárna, a gázok hővezetése pedig nagyon csekély, így hiába a -190°C körüli hőmérséklet, ez nem tud gyorsan fagyási sérülést okozni. Ha azonban forró vízzel öntjük le magunkat, akkor jóval kisebb hőmérséklet különbség mellett is szinte azonnal égési sérülést szenvedünk, ott ugyanis nem alakul ki a légpárna.

üdv: Miklós

Ugráló vízcseppeket fatüzelésű tűzhelyen is kaphatsz, ha forró a főzőlapja. Úgy emlékszem, a magyarázat az, hogy a vízcsepp széle olyan gyorsan felforr, hogy a keletkező gőz löki odébb a cseppet, miközben a közepe még hideg. Gáztűzhelyen ezt nem szoktuk észrevenni, mert ott nincs forró fémlap, de szerintem ha egy üres serpenyőt gázon fölforrósítsz, akkor annak a felületére csöppenthetsz vizet (mondjuk közvetlenül az előtt, hogy betöltöd az első palacsinta tésztáját), és az is ugyanígy fog viselkedni.

Mármint olyan mintha belülről nyomta volna ki valami.

Sziasztok, két problémám is lenne:

1. Idén találkoztam életemben először villanysütővel ahol is: a főző lapok közepén van egy kb. 3 centi sugarú kör alakú mélyedés. Ha épp forró ez az izé és véletlenül víz cseppen bele, akkor a csepp gömb formában összevissza futkos ebben a mélyedésben. Miért?

2. Ez lehet hogy inkább kémia, nem tudom. Van egy doboz jódozott sóm amit egy szekrényben tartok. Kb fél éves lehet és most vettem észre hogy a doboz falán kívül fehér dudorok vannak. Megkapirgáltam, de nem jönnek lenne, olyan mintha kívülről nyomta volna ki valami. Azt hiszem nem olyan rég egy kis víz került amúgy a sóba. Mi ez a cucc?

Felrajzolás után rájöttem, hogy fordítva van a dolog:

Tehát, megy befelé a súlyzó az x=A-ból visszafelé, szétnyílva. A tömegközéppontja legyen az x=l/2 helyen, ebben a pillanatban a rugó vége az x=-l/2 helyen van, a test negatív irányban mozog. Ekkor összeugrik, a rugó vége az x=l/2 helyre kerül, nincs rugalmas-energia változás. A végkitérésnél ugrik szét, ekkor lesz

Szervusztok!

Érdemes energetikailag is ránézni a problémára szerintem. A lényeg az, hogy a hintázó munkát végez, hiszen fáradságba kerül meghajtani a hintát. Hiába csak belső erő lép fel, azzal mégis munkát végzünk. A lényeg megértéséhez a következő egyszerű modellt tekintsük:

Legyen egy súlyzó alakú testünk, amin két egyenlő tömegű golyót köt össze egy teleszkópos rúd. A súlyzó össztömege M. Ezt egy D rugóállandójú rugóra kötjük. A teleszkópos rúd legyen pl. hidraulikus, így 0-ról 2l hosszúságúra tud változni viszonylag gyorsan. Ez a gyorsaság azt jelenti, hogy lényegesen gyorsabban szét ill. össze tud ugrani, mint az oszcillátor lengésideje.

Ezután beprogramozzuk a hidraulikát, hogy kb. amikor az egyensúlyi helyen szalad át, akkor nyíljon szét, amikor pedig maximális kitérésnél van, akkor ugorjon össze.

Tegyük fel, hogy a rendszer éppen egy A amplitudójú rezgést végez. A test épp tér vissza az egyensúlyi helyzete felé, összehúzódva. Amikor a rugó vége épp helyzetben van, a súlyzó szétnyílik. Mivel ez nagyon gyorsan történik, így a tömegközéppontja ezalatt alig mozdul el, sebessége nem változik, a rugó vége így a helyre kerül, a rugalmas energia nem változik.

Ezután a végkitérésnél, amikor a rugó vége x=-A helyen van, a test összeugrik, a tömegközéppont ismét nem mozdul, sebessége nem változik így a rugó vége az x=-(A+l) helyre kerül, a rugalmas energia megnő, -ről -re, a hidraulika ugyanis munkát végez, megnyújtja a rugót. Ezután az egyensúlyi helyzetten már gyorsabban halad át a súlyzó.

Az is látszik, hogy az energianyereség annál nagyobb, minél nagyobb az amplitudó. Ha a hintának nincs kezdősebessége, akkor elég nehéz "elindítani" a lábunk használata nélkül.

Hintázáskor is tudunk munkát végezni a testhelyzet változtatásával, ugyanis a tömegközéppontunk magassága változtatható, pl. gyors hátra- / előredőléssel, vagy a lábunk felhúzásával. A konkrét számolás is érdekes lehet, ahhoz most azonban késő van:)

üdv: Miklós

Ha a hinta csak egy kicsit is kimozdul a függőleges helyzetéből, ezt pedig a hintában kicsit mozogva könnyű elérni, akkor a "kötélerő" és a súlyerő eredője már majdnem vízszintes. Megindítani a legnehezebb a hintát, ezért szokták az elején lábbal (ha leér) vagy külső lökéssel megindítani. Ha már van kitérés, akkor súlypontáthelyezéssel lehet "hajtani". Minél nagyobb a kitérés, annál nagyobb a két erő eredőjének vízszintes komponense, de egyszerűbb úgy gondolkodni, hogy a forgatónyomaték perdületváltozást okoz a forgáspontra vonatkozóan.

Ezért írtam, hogy a lendületének vízszintes irányú komponensét. Azt nem tudja változtatni a gravitáció.

A hintázóra ható gravitációs erő az a hinta rendszeréhez képest külső erő. Ha két gyerek ülne a hintában és összekapaszkodva egymás kezét húznák, azok belső erők lennének és ettől nem változna a rendszer lendülete, feltételezve, hogy közben a tömegközéppont helyben marad.

Azt értettem, hogy súlypontáthelyezés és forgatónyomaték, munkát végzünk és ezért nő a rendszer energiája, de ha egy zárt rendszerként tekintjük akkor ugye bármit csinálunk a hintán az belső erő és nem változtatja a lendületünket. Ezért nem értettem, hogy a vízszintes irányú lendületünk miért változik.

Gyerekkoromban a hajóhinta volt a kedvencem. Ezen egyszerű elmagyarázni a hintázás lényegét, de minden függő hintánál így megy. A hajóhintát úgy lehet könnyen hajtani, hogy terpeszben állunk benne és egyszer az elöl lévő lábunkra, majd kis idő múlva (T/2) a hátul lévőre nehezedünk. Így az F erőnek, amivel a lábunk nyomja a hintát van k erőkarja a forgástengelyhez képest, vagyis M=Fk forgatónyomaték hat a rendszerre. Ez adja a perdületet a hintának, ami egy fizikai inga. Miután kitért a függőleges helyzetéből, az egész rendszer tömegközéppontjában ható súlyerőnek ellenkező irányú forgatónyomatéka lesz, ezt növeljük a hátul lévő lábunkra nehezedve.

Eddig az nem volt világos, hogy nincs külső vízszintes erő, amely a lendületünk vízszintes irányú komponensét növelné. Most, hogy egy kicsit belegondoltam, a tapadási súrlódás lehet a hunyó, ugyanis ahogy húzzuk az egyik irányba a láncot a súlyunkkal, úgy a támasztó oszlopokat is elhúznánk, de a súrlódás ott tartja (illetve beásott hintáknál pedig ugyanúgy fel lép ez a vízszintes erő tartóerőként). Ez lehet a dolgok hátterében? :)

UI: A héten láttam unokatestvéreimet hintázni, és akkor gondolkodtam el ezen. ;)

Mert a súlypontunk áthelyezésével forgatónyomatékot tudunk gyakorolni a hintára.

Látom gyermekkorodban nem tanítottak meg téged hintázni. Persze anélkül gondoltam. :D

Mert leér a lábunk a földre.

Miért tudunk magunktól hintázni?