Schůzka KMD při Gymnáziu Cihelní ve Frýdku-Místku: Vodní vír ze dvou PET lahví
Na schůzce KMD při Gymnáziu Cihelní ve Frýdku-Místku jsme se tentokrát věnovali pokusu s vodním vírem. Vytvořili jsme jednoduchou soustavu ze dvou PET lahví spojených hrdly k sobě. Cílem schůzky bylo ukázat, jak se voda chová při přetékání z jedné nádoby do druhé a proč se při roztočení vody vytvoří vír.
Pomůcky:
K pokusu jsme použili dvě prázdné PET lahve, vodu a pevnou lepicí pásku. Lahve jsme spojili hrdly k sobě tak, aby mezi nimi mohla protékat voda.
Postup:
Nejprve jsme jednu PET lahev naplnili vodou. Poté jsme k ní hrdlem přiložili druhou prázdnou PET lahev a obě lahve jsme pevně spojili lepicí páskou. Soustava tedy měla jednu lahev s vodou a druhou prázdnou lahev pod ní.
Následně jsme lahve otočili tak, aby lahev s vodou byla nahoře. Potom jsme celou soustavu několikrát krouživým pohybem roztočili. Díky tomu se voda v horní lahvi začala otáčet. Poté jsme lahve drželi svisle a pozorovali jsme, jak voda přetéká z horní lahve do spodní.
Pozorování:
Zjistili jsme, že po roztočení vody se v horní lahvi vytvořil vodní vír. Voda se začala pohybovat po kruhové dráze a uprostřed se vytvořil vzduchový kanál. Voda potom přetékala do spodní lahve plynuleji než při obyčejném otočení lahví bez roztočení.
Bylo vidět, že voda klesala po stěnách hrdla a vzduch mohl zároveň proudit středem víru nahoru do horní lahve. Vír vypadal podobně jako malý vodní tornádový trychtýř.
Vysvětlení:
Když jsme lahve pouze otočili, voda chtěla téct dolů, ale zároveň se do horní lahve musel dostávat vzduch ze spodní lahve. Voda a vzduch se potom v úzkém hrdle navzájem brzdily. Proto voda bez víru často vytéká nepravidelně a po částech.
Když jsme ale soustavu roztočili, voda získala rotační pohyb. Začala se pohybovat po kružnici a uprostřed se vytvořil prostor, kterým mohl proudit vzduch směrem nahoru. Voda tekla dolů po okrajích hrdla a vzduch procházel středem víru nahoru. Díky tomu mohlo přetékání probíhat plynuleji.
Vodní vír vznikl proto, že se voda otáčela kolem svislé osy. Při tomto pohybu se voda tlačila více ke stěnám lahve a uprostřed vzniklo místo s menším množstvím vody. Tím se vytvořil viditelný trychtýřovitý tvar víru.
Závěr:
Zjistili jsme, že při přetékání vody z horní PET lahve do spodní je důležité, aby se do horní lahve zároveň dostával vzduch. Když jsme vodu roztočili, vytvořil se vír, který umožnil vodě téct dolů a vzduchu proudit nahoru.
Pokus nám ukázal, že vír nevzniká kouzlem, ale rotačním pohybem kapaliny. Zároveň jsme si mohli lépe představit, proč se podobné víry objevují například při vypouštění vody z umyvadla, vany nebo lahve.
Schůzka byla zaměřena na praktické pozorování proudění vody a vzduchu. Díky pokusu jsme si ukázali, že i obyčejné PET lahve mohou dobře vysvětlit zajímavý fyzikální jev.
Otázky a odpovědi k pokusu:
- Proč jsme použili dvě PET lahve spojené hrdly k sobě?
Použili jsme je proto, aby voda mohla přetékat z horní lahve do spodní a zároveň jsme mohli pozorovat pohyb vody i vzduchu. - Proč se voda po roztočení začala pohybovat jako vír?
Voda se začala pohybovat jako vír, protože jsme celé soustavě dodali krouživý pohyb. Voda se potom otáčela kolem svislé osy. - Proč vznikl uprostřed víru vzduchový kanál?
Vzduchový kanál vznikl proto, že se voda při rotaci pohybovala více po stranách a středem mohl proudit vzduch nahoru. - Proč voda bez víru nevytéká tak plynule?
Bez víru se voda a vzduch v úzkém hrdle navzájem brzdí. Voda chce téct dolů, ale vzduch se musí zároveň dostat nahoru. - Jakou roli měl v pokusu vzduch?
Vzduch nahrazoval místo po vodě, která odtékala z horní lahve do spodní. Bez přístupu vzduchu by voda nemohla plynule vytékat. - Proč voda tekla dolů hlavně po okrajích hrdla?
Protože při víru se voda pohybovala rotačně a byla více u stěn. Středem víru mohl procházet vzduch. - Co by se stalo, kdybychom lahve neroztočili?
Voda by přetékala pomaleji a nepravidelněji. Ve hrdle by se střídala voda a bubliny vzduchu. - Kde se s podobným vírem setkáváme v běžném životě?
S podobným vírem se setkáváme například při vypouštění vody z umyvadla, vany, lahve nebo při pozorování vírů v řece.
Zapsal Tomáš Urbánek
