Delta mi!

Wiele zjawisk fizycznych udaje się pokazać, wykonując doświadczenia przy użyciu środków, którymi posługujemy się w życiu codziennym. Można tego dokonać na dwa sposoby. Pierwszy z nich to ten znany z podręczników - na ogół mało interesujący. Drugi to sposób niestandardowy, pozwalający zadziwić widzów, a czasem nawet samego wykonawcę. W ten właśnie sposób potraktujemy dziś zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Znane z podręczników doświadczenie polega na wsuwaniu magnesu sztabkowego do cewki połączonej z miernikiem wskazówkowym. My jednak postąpimy inaczej.

Pierwszy mikroskop optyczny zbudowali Holendrzy Hans i Zachariasz Janssenowie w 1590 r. Ich prototyp powiększał zaledwie dziesięciokrotnie, czyli tyle, ile powiększa obecnie dobrej jakości lupa. Istotnego postępu dokonał ich rodak Antoni van Leeuwenhoek, uzyskując dwustuczterdziestokrotne powiększenie. Gdy obserwował on pod tym mikroskopem kroplę wody, miał powiedzieć, że odkrył w niej życie. My wykorzystamy kroplę wody do zbudowania niezwykle prostego i interesującego mikroskopu.

Siła elektrodynamiczna jest powszechnie wykorzystywana do wprawiania w ruch silników elektrycznych. My spróbujemy wykorzystać ją do napędu dwóch interesujących zabawek, które do złudzenia przypominają dzięcioła i huśtawkę.

Czytelnicy Delty zapewne pamiętają serię artykułów o bardzo prostych i pomysłowych silnikach elektrycznych. Najprostszy z nich składał się z małego magnesu, baterii, kawałka drutu i gwoździa (Delta 1/2012). Ktoś powiedziałby, że już prościej się nie da, a jednak! Dziś zachęcamy do zbudowania i eksperymentów z zadziwiająco prostym silnikiem elektrycznym, który nie tylko będzie wykonywał ruch obrotowy, ale również się toczył.

Wybitny niemiecki fizyk, Hermann von Helmholtz żył w latach 1821-1894. Nie sposób wymienić tu choćby w skrócie jego wkładu do nauki. Podziw teoretyków budzi współudział Helmholtza w sformułowaniu zasady zachowania energii. Doświadczalnicy z pewnością pamiętają zbudowany przez niego i do dziś używany układ cewek kołowych, pozwalający na wytwarzanie w dużej objętości pola magnetycznego o stałej indukcji albo o stałym gradiencie. Na każdym zaś duże wrażenie robi nieodmiennie skonstruowana przez Helmholtza karuzela obracana niewidzialnymi falami dźwiękowymi, określana dziś jego nazwiskiem.

Powszechnie wiadomo, co to jest wahadło matematyczne i jaki wykonuje ruch. Łatwo też odpowiedzieć na pytanie, jak zmieni się ruch tego wahadła, gdy zadziała na nie dodatkowa siła, np. w przyspieszającym wagonie. A co się stanie, gdy ta dodatkowa siła będzie siłą magnetyczną? Spróbujemy to sprawdzić, wykonując kilka prostych doświadczeń.

Celem naszych doświadczeń jest zbadanie torów, po których porusza się obiekt (lub jego obraz) biorący udział jednocześnie w dwóch ruchach drgających, wykonywanych wzdłuż różnych kierunków. Gdy kierunki niezależnych ruchów są prostopadłe, tory te nazywa się figurami Lissajous.

Nie każdy zdaje sobie sprawę, że ciała stałe w pewnych sytuacjach mogą płynąć jak ciecze, a niektóre ciecze stają się sztywne, podobnie jak ciała stałe. Opisem takich materiałów zajmuje się nauka nazywana reologią, której intensywny rozwój rozpoczął się w latach trzydziestych ubiegłego wieku. Jej nazwa nawiązuje do greckiego aforyzmu panta rhei, czyli „wszystko płynie”. Kilka zaproponowanych w niniejszym kąciku doświadczeń powinno nam dać pewne wyobrażenie o podstawach tej nauki.

W wielu źródłach opisywane są doświadczenia, które można by określić mianem baterii owocowej. W tych eksperymentach dwie blaszki lub dwa druciki, stanowiące elektrody i połączone z czułym miernikiem elektrycznym, wbija się w owoc albo warzywo, np. jabłko, pomarańczę, kwaszony ogórek czy nawet ziemniak...

Klasyczne działa miotające pociski siłą wywieraną przez gazy wytwarzane podczas detonacji chemicznych materiałów wybuchowych znane są co najmniej od kilkuset lat. Tymczasem do rozpędzania pocisków można także użyć oddziaływań elektromagnetycznych -- taką broń nazywamy działem Gaussa...

Prosty przyrząd zbudowany z dwóch przezroczystych, plastikowych butelek połączonych zaworkiem kulowym, którego używaliśmy do wytwarzania i likwidacji tornada opisywanego w poprzednich kącikach, świetnie nadaje się do przeprowadzenia jeszcze kilku interesujących doświadczeń.

W tym odcinku będziemy kontynuowali doświadczenia z tornadami. Zbadamy dokładniej sposoby ich likwidacji i kształt wewnętrznej powierzchni wirującego leja.

Tornado to bardzo niebezpieczne zjawisko atmosferyczne. Polega ono na wytworzeniu wiru powietrza w kształcie leja, sięgającego od powierzchni Ziemi aż do chmur typu cumulus. Ponieważ prędkość powietrza wewnątrz wiru może dochodzić nawet do 480 km/h, tornado jest w stanie zniszczyć dosłownie wszystko, co napotka na swej drodze. Jednak nasze tornada będą całkowicie bezpieczne, gdyż wytworzymy je w butelkach i zlikwidujemy na własne życzenie.

W tym odcinku zajmiemy się jeszcze jednym niezwykłym silnikiem elektrycznym wykorzystującym oddziaływanie prądu elektrycznego płynącego przez elektrolit z polem magnetycznym.

Serię artykułów o silnikach unipolarnych zakończymy opisem dość efektownego układu demonstrującego działanie takiego silnika. Przed przystąpieniem do doświadczeń należy koniecznie przeczytać wskazówki, dotyczące bezpiecznego posługiwania się magnesami neodymowymi, zawarte w artykule w Delcie 1/2012.

W silniku unipolarnym opisanym w poprzednim artykule elementem ruchomym był magnes neodymowy z przyciągniętym do niego gwoździem, natomiast okrągła bateria pozostawała nieruchoma. Teraz odwrócimy tę sytuację i zbudujemy silnik, w którym jedynym elementem ruchomym będzie bateria.

Z silnikami elektrycznymi spotykamy się na co dzień w bardzo wielu urządzeniach. Niewielki silnik elektryczny można kupić już w cenie poniżej 10 zł. Czy ma więc sens jego samodzielne budowanie? Jak najbardziej! Istnieją bardzo interesujące i proste silniki unipolarne (czasem nazywa się je też homopolarnymi), w których ruch obracającego się elementu (wirnika) zachodzi w pobliżu tylko jednego bieguna magnesu.

W tym odcinku będziemy nadal zajmowali się magiczną soczewką, której działanie poznaliśmy, wykonując doświadczenia opisane w poprzednim artykule. Wykonamy kilka odmian tej soczewki, dzięki którym można przeprowadzać zabawne i zadziwiające doświadczenia.

Prawa fizyki pomogą nam dziś wykonać sztuczkę, wykorzystującą właściwości bardzo prostej soczewki. Do przeprowadzenia doświadczeń będą potrzebne: przezroczysta, zakręcana, plastikowa butelka o średnicy kilku centymetrów z cienkimi i gładkimi ściankami bocznymi, duże naczynie z wodą, kilka kartek papieru, pisak lub drukarka oraz lupa.

W tym odcinku będziemy kontynuować badanie magnetohydrodynamicznych silników – tym razem działających... bez przyłączenia źródła zasilania. Niemożliwe?

Magnetohydrodynamika to badanie oddziaływania pól magnetycznych z płynami (cieczami i gazami) przewodzącymi prąd elektryczny. Typowymi takimi płynami są ciekłe metale (np. rtęć), zjonizowane gazy (plazma) oraz elektrolity, stanowiące najczęściej wodne roztwory kwasów, zasad i soli. W proponowanych w tym odcinku doświadczeniach wykorzystamy oddziaływanie pola magnetycznego na elektrolit do zbudowania silnika przetwarzającego dostarczoną do niego energię elektryczną na energię kinetyczną ruchu.

W tym odcinku będziemy kontynuowali doświadczenia pozwalające poznać zachowanie się ciał niesztywnych w ruchu obrotowym. Skoncentrujemy się na cieczach o dużej lepkości i materiałach sypkich.

W poprzednich odcinkach tego kącika zajmowaliśmy się badaniem ruchu obrotowego bryły sztywnej. Po przeprowadzonych doświadczeniach można postawić wynikające w naturalny sposób pytanie, jak będą zachowywać się w ruchu obrotowym ciała niesztywne, np. ciecze lub proszki?

Ruch dowolnego ciała w cieczy napotyka opór, który zależy od kształtu i wielkości ciała, jego prędkości oraz rodzaju cieczy. Parametrem charakteryzującym rodzaj cieczy w sposób ilościowy jest współczynnik lepkości.

Celem doświadczeń opisanych w tym artykule będzie poznanie podstawowych prawidłowości rządzących ruchem obrotowym bryły sztywnej.