Hogyan működik a szökőkút? Egyszerű kis házi szökőkutat akár te is csinálhatsz magadnak, ha ismered a közlekedő edények működésének elvét. Ám ez az ismeret nem sokat ér, ha egy városi szökőkutat akarsz üzemeltetni. Lássuk csak, milyen elv alapján működnek a nagy szökőkutak? A házilag "barkácsolt" szökőkút tehát a közlekedő edények elvén működik. A magasabban álló edényben levő víz felnyomja az alacsonyabban tartott üvegcső elvékonyított végén keresztül a vizet, amely ott vékony sugárban bukik a magasba. Ebben az elrendezésben azonban folyamatosan pótolni kell a magasabb edénybe a vizet, amit néhány percig még könnyedén meg lehet oldani, de egy városi szökőkút működtetése már más elvet kíván. Héron kútja Héron kútja Az elvet Héron alexandriai fizikus (i. e. I. sz.) ismerte fel, ő szerkesztett először valóban hosszú ideig működő szökőkutat. Megfigyelhetjük, hogy a medencében a víz mindig ugyanazon a szinten áll. Ennek az a magyarázata, hogy a felröppenő vízsugár vize állandó körforgásban van, és így a szökőkút önmagát táplálja vízzel. Csak egyszer kell megtölteni. Héron kútja három edényből áll: egy nyitott felsőből (ez felel meg a szökőkút medencéjének) és két gömbszerű, légmentesen elzárt tartályból. A rajz szerint elrendezett edényeket három cső köti össze. Kezdetben a középső tartályban van a víz, az alsóban a levegő, a felsőben pedig csak egy kevés víz. A felső medencéből a víz súlyánál fogva az alsó tartályba csurog, és kiszorítja onnan a levegőt, amely a csövön keresztül a középső tartályba szorul. Itt megnövekszik a levegő nyomása a külső nyomáshoz képest, és a vizet "kihajtja" az egyetlen úton keresztül, ami rendelkezésére áll: a szökőkút működni kezd. Héron kútjának ebben a formájában még nincs körforgása, a szökőkút megáll, amint a középső gömb kiürül, azaz az egész vízmennyiség az alsó gömbbe áramlik. Önmagát tápláló szökőkút Készíts Te is szökőkút modellt! Önmagát tápláló szökőkút modelljét is elkészítheti mindenki a rajzon látható elrendezés alapján. Két üveget gumicsövekkel kell összekötni a rajzon látható módon. Ha a középső edényből kifogy a víz, egyszerűen fel kell cserélni a két üveget, természetesen a csövek végeit is át kell helyezni, és a szökőkút tovább működik. Nagy szökőkutakban ez a csere önműködően történik. De még ez sem elég: biztosítani kell elegendő nyomást, hogy a vízsugár a kívánt magasságra szökkenjen fel. Ezt úgy érik el, hogy az alsó palackba higanyt töltenek. Amikor a felső medencéből víz kerül a higany fölé, az benyomja a higanyt a középső palackba, és az itt levő víz a csövön keresztül felszökik, mégpedig körülbelül tízszer olyan magasra, mint ha víz lett volna a helyén.

---

17.5. A Heron-szökőkút

Az eszköznek több változata ismert. A következőkben a teljesség igénye nélkül néhányat ismertetünk.

a) Kettős furatú dugóval zárható lombikot töltsünk meg félig vízzel! A dugó egyik furatába nyomjunk egyenes, elvékonyított végű, a másikba meghajlított üvegcsövet (V.28. ábra)! Állítsuk be a ledugaszolt lombikban a

   

vízszintet úgy, hogy az egyenes cső vége mélyen a vízbe nyúljon, míg a meghajlítotté ne érje el a vízszintet! Fújjunk a kihajlított csőbe! Az egyenes cső elvékonyított végén a víz szökőkútszerűen kilövell.

b) Cseréljük ki az előző kísérletben használt  lombik  dugóját  olyanra, amelyen át csak egyetlen egyenes, felül elvékonyított végű cső nyúlik a lombik vizébe! Helyezzük a lombikot vizes szűrőpapírra (itatóspapírra)! Egy nagyméretű üveghengerben melegítsük fel a levegőt, majd borítsuk le a lombikot a hengerrel úgy, hogy a henger száját erősen a szűrőpapírra szorítjuk (V.29. ábra). A lombikból magas vízoszlop szökik fel.

 

Megjegyzés
    - A sikeres kísérlet feltétele, hogy a hengerben lévô levegőt úgy  melegítsük fel, hogy a henger üvegfala ne melegedjen. Ennek legegyszerűbb módja az, hogy a szájával lefelé fordított hengert gyors mozdulattat egy Bunsen-lángra húzzuk, majd szinte azonnal le is vesszük róla, és máris a szűrőpapírra állított lombikra borítjuk.
    - Vigyázzunk, ha nem vagyunk elég gyorsak és körültekintőek, a gázlángtól az üveghenger elpattanhat!
    - A kísérlet csak akkor sikerül, ha az üveghengert a vizes sűrőpapír "légmentesen" zárja. Ezért a kísérlethez "csőrös" kiöntővel rendelkező mérőhenger nem alkalmas.

c) Gömblombikot töltsünk félig vízzel, és dugjuk le kétfuratú gumidugóval! Az egyik furatba illesszünk vékonyra húzott végével a palack vizébe nyúló, hosszú (30-40 cm-es) üvegcsövet! A másik furatba dugjunk rövid üvegcsövet, melynek külső végére Mohr-szorítóval ellátott gumicső csatlakozik! A szorítót meghúzva és a hosszú cső végét ujjunkkal befogva, fordítsuk  meg az eszközt, és függőleges helyzetben úgy rögzítsük, hogy a hosszú cső vége egy nagyobb edényben lévő folyadékba nyúljon! Vegyük el a hosszú cső nyílásáról az ujjunkat (V.30. ábra), és nyissuk meg a szorítót! A lombikba szökőkútként lövell be a víz.

 

d) Alul kifolyó nyílással ellátott néhány literes üvegpalackból, főzőpoharakból és csapos üvegcsövekből készítsük el az V.31. ábrán látható összeállítást!

 

    A B főzőpoharat töltsük meg színesre festett vízzel, míg az A edényben legyen festetlen víz! Az üvegpalack lezárása után zárjuk a 2. csapot, majd nyissuk ki az 1-est és a 3-ast! A víz a C edénybe folyik. Az 1. csapot elzárva a vízfolyás megszűnik. Nyissuk ki a 2. csapot - a hajlított csővégen szökőkút keletkezik!

    A szökőkutak mindegyike azért működik, mert a lombikban vagy a palackban elzárt levegő nyomása eltér a külső légnyomástól (az a) és b) esetben nagyobb, a többi háromban kisebb annál). A c) és d) esetben a nyomáscsökkenés a Mariotte-palacknál részletezett érveléssel magyarázható.

---

A szívókút modellje

A szerkezetileg legegyszerűbb vízpumpa a szívókút (1. ábra). Előállításához le kell vágnunk egy műanyag palack alját. Célszerű magas, kis átmérőjű, széles szájnyílású műanyag palackot alkalmazni. A kifolyónyílásra egy kupakot csavarunk, amit egy borotvapengével körülbelül a feléig vízszintesen bemetszettünk úgy, hogy a felső része egy könnyen mozgatható fedéllé váljon. A palackot legalább 10 cm mélyen egy nagyobb vízzel telt edénybe merítjük. Most könnyedén fölfelé mozgatjuk a palackot, majd hirtelen lefékezzük, és gyorsan lefelé mozgatjuk. A palack legmagasabb helyzetében minden alkalommal kispriccel a víz a kupak nyílásán. Ezt a jelenséget a felfelé áramló víz tehetetlensége idézi elő. Mivel a kupak lezárása után a csőbe nem juthat be levegő, a víz szintje a palackban változatlan marad és a víz tehetetlenségének következtében minden fékezésnél a felső helyzet közelében marad a megemelkedett vízszint. Miután minden levegő kiszorult a palackból, a megemelkedett víz végül kifolyik a kupakon készített nyíláson.

A szívó-nyomó kút

A szívó-nyomókút előállításához két szelep alkalmazása szükséges. Szükségünk van egy nagy, szájával lefelé fordított palackra, amelyet egy átfúrt gumidugóval dugaszolunk be. A palack belsejében van egy nagyobb acélgolyó, amely az átfúrt dugóval szelepet képez. Csak a vizet engedi feljutni a palackba. Ha a golyó a lyukra illeszkedik, a víz nem tud kifolyni. Néhány centiméterrel a szelep fölött a palack oldalfalát átlyukasztjuk, és egy derékszögben meghajlított (0,5-1 cm átmérőjű) üvegcsövet ragasztunk a lyukba. Hogy élettartamát megnöveljük, egy műanyag foglalattal rögzítjük a csövet a palack oldalához a 2. ábrán látható módon. Ebbe az üvegcsőbe egy rövid gumicső darabot dugunk, amelynek a külső átmérője az üvegcső belső átmérőjével egyenlő. A gumicső felső, egyenesre vágott vége 1-2 cm-rel az üvegcső vége alatt legyen. Erre egy kis acélgolyót illesztünk, ez lesz itt a második szelep. Az üvegcsőre egy rövid gumicsődarabot húzunk, ennek a másik végére egy szemcseppentőhöz hasonlóan elvékonyodó rövid üvegcsövet illesztünk. A műanyag palackot szájával lefelé néhány centiméter mélyen egy vízzel telt edénybe süllyesztjük. A palack oldalfalainak megnyomása, majd kiengedése után nyomáscsökkenés áll be a palackban, mivel a második szelep az üvegcsőben lezár. Ezáltal víz áramlik be a palackba az első szelepen át. A következő nyomásnál kinyílik a második szelep és az üvegcsövön át kiáramlik a levegő. Többszöri ismétlés után a víz a palackban az üvegcső nyílásáig emelkedik, így az újbóli nyomásnál a második szelepen és a hegyes üvegcsövön át a szabadba jut. Az átlátszó műanyag palack és üvegcső lehetővé teszi, hogy a folyamatban a szelepek váltakozó játékát és a víz mozgását jól láthassuk.

Héron bor-automatája

A víz és a levegő kölcsönös kiszorításával lehetőség nyílik italautomata előállítására. Ehhez két egyforma műanyag palack függőleges oldalfalának felső részén, azonos magasságban, lyukat fúrunk (3. ábra). Ezekbe a lyukakba vízszintes helyzetben egy-egy rövid, kis belső átmérőjű üvegcsövet ragasztunk. A két csődarabot összekötjük egy rövid gumicsővel. Az egyik palackot lezárjuk egy átfúrt dugóval. A dugón keresztülvezetünk egy, a felső részén tölcsérben végződő függőleges helyzetű hosszú üvegcsövet, amely leér egészen a palack aljáig. A másik palackot az összekötő csővel szemközti oldalfalának alsó részén átfúrjuk. Ebbe a lyukba egy olyan csövet ragasztunk, amely derékszögben meghajlik és felfelé irányul. A palack kiöntő nyílása alatt körülbelül 5 cm-rel meghajlítjuk a csövet úgy, hogy néhány cm. hosszan vízszintesen fusson, majd ismét derékszögben, kifolyó nyílásával lefelé fordítjuk. A nyílás alá egy átlátszó üvegpoharat helyezünk. A második palackot a felső cső nyílásáig töltjük festett vízzel (vörösborral). Ezután lezárjuk a palackot a csavaros kupakjával. Az egész elrendezést lefedjük egy kartonpapírral úgy, hogy csak a tölcsér és a második palack kifolyónyílása legyen látható. Töltsünk most vizet a tölcsérbe! Meglepődve tapasztaljuk, hogy a “borautomatából" festett víz (vörösbor) folyik a pohárba. Éppen annyi vörösbor lesz a pohárban, mint amennyi vizet a tölcsérbe töltöttünk. Az első palackba töltött víz térfogatával egyenlő térfogatú levegő áramlik át a másik palackba. Ez a levegőmennyiség ugyanakkora térfogatú vörösbort nyom át a pohárba. Ilyen módon tudta Héron a vizet borrá változtatni.

 

Rezonanciacső

Két, meglehetősen magas műanyag palacknak levágjuk az alját. Közben vigyázzunk arra, hogy az egyiknél mélyebben legyen a vágott felület, hogy a két palackot alsó végükkel egymásba tolhassuk. Ebben a helyzetben összeragasztjuk őket (4. ábra). Az alsó palack nyílásába egy gumicsővel ellátott átfúrt dugót helyezünk. A biztosabb rögzítés céljából a palack eredeti kupakjára a gumicsővel megegyező méretű lyukat fúrunk, és átfűzve rajta a gumicsövet, visszacsavarjuk a palackra. A gumicső másik végére ugyanilyen módon szerelünk egy edényt, amit az előzőekben leírt módon két összeragasztott palackból készíthetünk. A felső palacknak vágjuk le a kúpos részét olyan mélyen, hogy az így keletkezett nyílás körülbelül 6 cm átmérőjű legyen! Ebbe a nyílásba helyezzünk egy kis hanggenerátort úgy, hogy lefelé sugározzon! Rögzítsük a jobb oldali edényt függőleges helyzetben egy állványhoz! Rögzítsük ugyanarra az állványra a hanggenerátor hangszóróját is!

Mindkét edényt töltsük félig vízzel, és a hanggenerátort csatlakoztassuk áramforráshoz. Ezt követően süllyesszük a másik edényt, míg az összes víz ki nem ürül a hanggenerátor alatti edényből. Ezután emeljük lassan ismét és figyeljük a hangerősséget. Egy meghatározott levegőoszlop-hosszúságnál a hangerő maximális lesz. Ebben az esetben a palack légterében állóhullám alakul ki. A következő maximumot egy körülbelül 7 cm-es oszlopmagasság-változásnál észleljük. A vízfelszín és a hanggenerátor közötti levegőoszlopban állóhullámok alakulnak ki. A hanggenerátornál duzzadóhely található, a vízfelszínen pedig csomópont, a köztük lévő térrészben ez többször megismétlődhet. Két duzzadóhely közötti távolság 7 cm, ez megfelel egy fél hullámhossznak. Így eszközünk, a hang levegőbeli sebességének ismeretében frekvenciamérésre is alkalmas.

---

Oldal: Kísérletek
Barkácsolás, kísérletezés - © 2008 - 2024 - adrianegy.hupont.hu

A HuPont.hu segítségével egyszerű a honlap készítés! Programozói tudás nélkül is: Honlap készítés

ÁSZF | Adatvédelmi Nyilatkozat