Fizika (7-8.): Búvárharang

Fizika (7-8.)

Búvárharang

Információ ehhez a munkalaphoz

Módszertani célkitűzés

A sokoldalú Cartesius-búvár segítségével több fizikai jelenség is jól bemutatható, nagy motivációs erejű kísérlet, mindenképpen érdemes elvégezni, időt szánni rá.

Az alkalmazás nehézségi szintje, tanárként

Könnyű, nem igényel külön készülést.

Módszertani javaslat

Készítsenek a diákok saját Cartesius-búvárt!
https://youtu.be/e1LYVFyevUY

Lehetséges házi feladat

Nézz utána, hol használnak manapság búvárharangot!
Mindennapos tapasztalat, hogy ha egy poharat szájával lefelé fordítva a víz alá nyomunk, akkor marad benne levegő. A poharat kissé oldalra fordítva viszont a levegő a felszínre jön.
Cartesius-búvár segítségével alaposabban is megvizsgálhatjuk a jelenséget: megfigyelhetjük, mi történik a bezárt levegővel, miközben a „búvár” különböző mélységekben van.

Feladatok

FELADAT
Vizsgáld meg, mi történik, ha (a jobb oldali csúszka segítségével) elkezded süllyeszteni a búvárharangot!

MÓDSZERTANI JAVASLAT
Diák kezelje az interaktív alkalmazást (a táblánál)! A tanár kérdésekkel irányít.
- 1.1. FELADAT
  Állítsd a bal oldali csúszkával 100 kPa-ra a légnyomást, és figyeld meg, mi történik a harangba szorult levegővel! Miért?
  
  VÁLASZ:
  A levegő összenyomódik, minél mélyebbre megy a harang, annál jobban.
- 1.2. FELADAT
  Hogyan változik a bezárt levegő térfogata a harang süllyesztésével? Számítsd ki az összetartozó térfogat- és össznyomásértékek szorzatát! Mit tapasztalsz? Fogalmazd meg!
  
  VÁLASZ:
  A levegő a harangba szorul és a harang süllyesztésével összenyomódik, csökken a térfogata, jelezve azt, hogy a mélységgel nő a harang aljánál a nyomás.
  A bezárt levegő térfogata és az össznyomás fordítottan arányosak!
FELADAT
Mi lenne, ha a légnyomás értékét is változtat(hat)nánk?
- 2.1. FELADAT
  Vidd a harangot a csúszka segítségével újra a felszínre, majd a bal oldali csúszka segítségével állítsd be a légnyomást 100 kPa-nál nagyobb értékre! Kezd el süllyeszteni a harangot! Mit tapasztalsz?
  
  VÁLASZ:
  A bezárt levegő térfogata most is csökken, de nem olyan ütemben, mint az előbb. A fordított arányosság most is fennáll.
- 2.2. FELADAT
  Esetleg vizsgáld meg a jelenséget 100 kPa-nál kisebb kezdeti nyomással is.
  
  VÁLASZ:
  A tapasztalat ugyanaz, mint 2.1-ben.
FELADAT
Foglald össze a tapasztalatokat!

VÁLASZ:
A bezárt levegő térfogata a harang aljánál lévő össznyomástól függ, ez viszont a légnyomás és az adott mélységben uralkodó hidrosztatikai nyomás összege: . Természetesen ennyi a bezárt levegő nyomása is mélységben.
Ha feltételezzük a hőmérséklet állandóságát, akkor a Boyle-Mariotte törvény alapján a beszorult levegő térfogata mélységben , ahol a légnyomás, pedig a harang térfogata.

KAPCSOLÓDÓ ÉRDEKESSÉGEK
A búvárharang elég régi találmány, a technika leírása már Arisztotelésznél megtalálható, de foglakozott vele Leonardo is. Az első használható készülékről a 16. századból van tudomásunk, a tökéletesítéssel foglalkozott pl. Edmund Halley, a híres csillagász is.
Az alábbi filmem megnézheted a jelenséget:
https://youtu.be/aQQBQVpsPZQ