Eksperyment na weekend #13 – Siła nośna i latająca puszka

W dzisiejszym eksperymencie chcę przedstawić doświadczenie fizyczne dla dzieci połączone z zabawą. W tegoroczne upalne wakacje sądzę, że nie będzie problemu ze znalezieniem pustej puszki po napoju. Nie wyrzucajcie jej. Przyda się do naszego doświadczenia fizycznego z siłą nośną. Odpowiemy też na kilka pytań.

• Co to jest i kiedy powstaje siła nośna?
• Jak można pokazać siłę nośną w doświadczeniu fizycznym dla dzieci?
• Co to jest prawo Bernoulliego?
• Dlaczego samoloty mogą latać?

Przedmioty jest potrzebne do eksperymentu „Latająca puszka”:

• Pusta puszka po napoju
• Kubek lub garnuszek (średnica kubka lub garnuszka powinna być niewiele większa od średnicy puszki)

Jak wykonać doświadczenie z fruwającą puszką?

W naszym eksperymencie fizycznym pustą puszkę należy włożyć do kubka. Następnie zaczynamy dmuchać w wolną przestrzeń pomiędzy brzegiem kubka, a puszką. Nasza puszka zaczyna wyskakiwać. Wysokość na jaką nam będzie puszka wyskakiwać zależy od siły z jaką dmuchamy do kubka. Im dmuchniemy mocniej tym wyżej wyskoczy nam puszka.

Dlaczego puszka wyskakuje z kubka?

Kiedy puszka jest luźno postawiona np. na stole, to w czasie dmuchania na nią łatwo ją będzie przewrócić lub przesunąć. Dlatego należy ją postawić w kubku. Kubek jako cięższy nie da się przewrócić. W czasie dmuchania od góry, prędkość wpadającej strugi powietrza do kubka jest duża, natomiast na dole puszki prawie maleje do zera.

Puszka wyskakuje z kubka ponieważ dmuchając wprawiamy powietrze w ruch. Poruszające się powietrze ma mniejsze ciśnienie niż powietrze stojące, takie które nie porusza się. W takim układzie gdzie występuje różnica w prędkości przepływu powietrza (lub cieczy) pojawia się zjawisko różnicy ciśnień, które zostało opisane przez Bernoulliego i zostało nazwane prawem Bernoulliego.

Na czym polega prawo Bernoulliego i co to jest siła nośna?

W naszym doświadczeniu fizycznym różnica ciśnienia powstaje wtedy gdy na dole kubka pojawia się mała prędkość powietrza, a na górze kubka jest duża prędkość powietrza. Czyli można to przedstawić tak, że duże ciśnienie = gdy jest mała prędkość, a małe ciśnienie = gdy jest duża prędkość powietrza (lub prędkość cieczy). Taki rozkład sił sprawia, że na puszkę od dołu powietrze działa z większa siłą i dzięki temu puszka jest unoszona z dołu do góry. Siła, która w naszym eksperymencie wypiera puszkę do góry nazywa się siłą nośną. Żeby siła nośna mogła unieść przedmiot do góry, musi powstać różnica ciśnień tak aby niższe ciśnienie było nad tym przedmiotem, a wyższe ciśnienie pod nim.

Dlaczego im mocniej dmuchamy w kubek to puszka wyżej wyskakuje z niego?

Im mocniej dmuchamy do kubka to powietrze ma większą prędkość i tym samym odpowiednio jest niższe ciśnienie na górze puszki. Im niższe jest ciśnienie na górze niż na dole puszki, zwiększa się wówczas różnica ciśnień i powstaje większa siła nośna, która mocniej wyrzuca puszkę do góry.

Gdzie jest wykorzystywana siła nośna i dlaczego samoloty mogą latać?

Na co dzień siła nośna wykorzystywana jest np. w lotnictwie. Właśnie dzięki sile nośnej samoloty i szybowce mogą latać. Aby samolot mógł unieść się w powietrze i latać musi nabrać na ziemi dużej prędkości. Wtedy dopiero może zadziałać na tyle duża siła nośna, powstała przy różnicy ciśnień powietrza pod i nad skrzydłami, która będzie wstanie oderwać samolot od ziemi.

Tak samo latem puszczając z dziećmi latawce wykorzystujemy siłę nośną do unoszenia latawca w powietrzu.

Patrząc na przyrodę widzimy jak cudownie siłę nośną wykorzystują ptaki. Szczególnie jest to widoczne u dużych ptaków, które potrafią długo unosić się w powietrzu nie poruszając skrzydłami. Oczywiście duże ptaki oprócz siły nośnej wykorzystują w locie wznoszące ciepłe prądy powietrza. Ale to już inny temat.

Uwaga dla wytrwałych. Maćkowi bardzo spodobała się zabawa z wydmuchiwaniem puszki z kubka. Był też ciekaw czy da się tak wydmuchać puszkę aby ona wpadła do drugiego stojącego obok kubka. I UDAŁO SIĘ!!! Puszkę udało mu się przerzucić do drugiego kubka po 21 próbach! Czy Wam uda się to zrobić szybciej? Czy udał się Wam eksperyment fizyczny dla dzieci pt. „Latająca puszka”? Napiszcie proszę poniżej w komentarzach. Życzę przyjemnej zabawy.

P.S. Ten eksperyment fizyczny jest to też super ćwiczenie oddechowe dla dzieci (i nie tylko) w ramach rehabilitacji oddechowej.

Tutaj można zobaczyć inne przykłady doświadczeń z fizyki dla dzieci.