Áramlások

Biomimikri kapcsolat:

Ahogy a "Csendes csőrök" című feladatban írtuk, a jégmadár csőrétől azt tanulhattuk meg, hogyan fejlesszünk gyors és csendes vonatokat. Ez a feladat szintén azt mutatja meg, mennyire számít az, hogy milyen alakja van a különböző közegekben (levegő vagy víz) mozgó tárgyaknak.

Foglalkozás:

Eszközök és anyagok

• Különböző alakú hétköznapi tárgyak:
  • félgömb alakú (pl. keverőtál – fém vagy műanyag)
  • szögletes (pl. uzsonnás doboz)
  • deszka (lapjával és élével is használható)
  • cső (kb. 10 cm hosszú és 2 cm átmérőjű)
  • gömb (labda, de legyen nehéz pl. teniszlabda)
  • ék alak (pl. játékhajó – az áramvonalas orr a lényeg)
• Ventilátor vagy nagy teljesítményű hajszárító

Előkészületek

Beltéren bármikor lehet, kültéren csak nyáron, jó időben, amikor nem probléma, hogy vizesek lesznek a gyerekek.

Szedjük össze az eszközöket! Az eszközökből csapatonként legyen 1-1 db, vagy bizonyos időnként cseréljenek a csapatok!

Leírás

Ezzel a feladattal azt fogjuk megtapasztalni, hogy nem mindegy, milyen alakja van a levegőben vagy a vízben mozgó tárgyaknak.

A helyszín lehet: 1. élővíz partja (legjobb egy patak, de tó esetében is működik a feladat), 2. az osztályterem.

1. kísérlet:

1. Osszuk 2-3 fős csapatokba az osztályt! Mindegyik kiscsoport kapja meg a feladathoz szükséges eszközöket! Ha úgy döntöttünk, hogy egy darabot keresünk elő mindenből, akkor beszéljük meg a diákokkal, hogy milyen időközönként cserélnek tárgyakat ill. melyik csapat kinek adja tovább!
2. Magyarázzuk el a diákoknak, hogy a tárgyak mozgását figyeljük meg a vízben: melyik mozog könnyebben vagy nehezebben. Készítsenek egy táblázatot, aminek az első oszlopában szerepel a tárgyak neve, a második oszlopban a tippjeik, hogy mennyire lesz könnyű mozgatni a tárgyat, a harmadik oszlopban pedig az eredmény. 1-essel jelöljék a legkönnyebb mozgásút, majd sorrendben a többit (a tippnél és a mérésnél is).
3. A csapatok merítsék egyenként a vízbe az eszközöket, és mozgassák előre őket. Ha folyik a víz, akkor lehet, hogy elég csak helyben tartani a tárgyakat! Jegyezzék fel az eredményeket a táblázatban! Figyeljék meg a következőket:
   • Könnyű vagy nehéz tolni?
   • Mekkora hullámot vet? Lehet felvételt készíteni a telefon kamerájával (bizonyíték gyűjtés).
   • Melyik tárgyat a legkönnyebb és melyiket a legnehezebb mozgatni?
   • Van-e összefüggés az alak és a mozgatás nehézsége között? Ha igen, akkor mi az?

2. kísérlet:

Ha nem tudunk kimenni vízhez, vagy az időjárás nem alkalmas a „vizezéshez”, az osztályteremben is szerezhetünk tapasztalatokat: használjunk erős szelet a jelenség bemutatására!

1. Kapcsoljunk be egy nagy teljesítményű hajszárítót/ventilátort! Olyan alkalmas, amelyik erős szelet fúj ki. (Nagy szél esetében kint is végezhetjük.)
2. A diákok sorban próbálják a tenyerüket közelíteni a légáramlatban a hajszárító/ventilátor felé, először lapjával, majd élével.
3. Mikor könnyebb a mozgás? Nagy szélben, huzatos helyen hogyan tudunk jobban haladni: ha szembe megyünk az áramlattal, vagy ha oldalra fordulunk?
4. Próbáljuk ki így is a különböző alakú tárgyakat!

Magyarázat

Mindenkinek lehet arról élménye, hogy miközben próbált befutni a vízbe, úgy érezte, hogy ellenállásba ütközött, emiatt lelassult, akár el is esett; vagy állt/ment a folyóban az erős sodrásban: ha szemben, akkor nehezen haladt, és előbb-utóbb feldöntötte a víz, ha oldalával, akkor kevésbé érezte a sodrást. De említhetjük az esernyőt is: viharos szélben nehezen tudunk vele haladni, ha befúj alá a szél, akkor ki is fordíthatja.

A jelenség magyarázata, hogy a vízben vagy levegőben mozgó tárgyakra fékezőerő hat: a levegő és a víz részecskéi hozzácsapódnak a tárgyhoz, ezzel tolják azt. Azt az erőt, amit a levegő vagy a víz a benne mozgó tárgyra kifejt, közegellenállásnak nevezzük. A közegellenállási erő függ a tárgyak alakjától is.

Minél kisebb felülettel érintkezik a tárgy mozgás közben a levegővel vagy a vízzel, annál könnyebben tud mozogni benne. Minél nagyobb erőt fejt ki a közeg (levegő vagy víz) a tárgyra, annál nagyobb erőt kell alkalmazni, hogy a tárgy haladni tudjon.

További információ:

Rövid leírás a közegellenállásról (tovább a cikkhez).