PL197658B1 - Przyrząd do pokazu zachowania się cieczy w ruchu obrotowym - Google Patents

Abstract

Przyrząd do pokazu zachowania się cieczy w ruchu obrotowym, znamienny tym, że składa się z nieprzezroczystej, wydrążonej tulei (1), zamkniętej obustronnie identycznymi płaskimi, przezroczystymi tarczami (2, 3), w których środku osadzony jest kołek (4) z dwoma podłu ż nymi otworami przechodzącymi w płaszczyźnie osiowej, przy czym wszystkie połączenia tarcz (2, 3) z tuleją (1) i kołkiem (4) są szczelne, a przestrzeń między nimi wypełniona jest cieczą (5), korzystnie zabarwioną gliceryną, której objętość równa się objętości wydrążenia w tulei (1), natomiast przez otwory w kołku (4) przechodzi sznurek (6) tworzący zamkniętą pętlę zaopatrzoną na końcach w uchwyty (7, 8).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd mający zastosowanie w laboratoriach fizycznych, szczególnie studenckich i szkolnych, do pokazów zachowania się cieczy wprawionej w ruch obrotowy.

Znany do tego celu przyrząd opisany jest w książce Tadeusza Dryńskiego pt. „Doświadczenia pokazowe z fizyki”, wydanej przez Państwowe Wydawnictwo Naukowe w Warszawie w 1964 r. i stanowi przezroczyste naczynie w kształcie spłaszczonej kuli otwarte od góry i zaopatrzone od dołu w okrągłą tarczę zakończoną pionowym prętem przechodzącym przez oś naczynia i przeznaczonym do jego zamocowania w uchwycie wirówki. Do naczynia nalewa się rtęci i zabarwionej wody. Kiedy naczynie jest w spoczynku, górne powierzchnie obu cieczy są poziome, przy czym woda znajduje się nad rtęcią. Po wprawieniu naczynia w szybki ruch obrotowy za pomocą wirówki, powierzchnie obu cieczy ustawiają się pionowo, przy czym rtęć znajduje się dalej od osi obrotu. Podobne naczynie do tego celu przedstawione jest w katalogu niemieckiej firmy Leybold Didactic Gmbh pt. „Physics General Catalogue”, wydanym przez tę firmę w Huerth w 1992 r.

Inny znany do tego celu przyrząd opisany jest w książce Keith Gibbsa pt. „The Resourceful Physics Teacher 600 Ideas for Creative Teaching”, wydanej przez Institute of Physics Publisching w Bristol w 1999 r. i składa się ze szklanej zlewki zamocowanej w środku poziomego stolika wprawianego w ruch obrotowy za pomocą silnika elektrycznego i przekładni pasowej. Ilość obrotów zlewki regulowana jest przez zmianę napięcia zasilającego silnik. Do zlewki nalewa się stopionego wosku, którego powierzchnia swobodna przyjmuje pod działaniem siły odśrodkowej kształt paraboloidy a po skrzepnięciu wosku kształt ten ulega utrwaleniu. Zamiast wosku autor opisuje również użycie oleju i wtedy paraboloidalny kształt powierzchni swobodnej cieczy utrzymuje się tylko podczas ruchu obrotowego.

Również znany do tego celu przyrząd opisany jest w podręczniku G.D. Freiera i F.J. Andersena pt. „Demonstration Handbook for Physics”, wydanym przez American Association of Physics Teachers w College Park w 1999 r. i składa się z obrotowej platformy, na której umieszczone jest prostopadłościenne naczynie otwarte od góry i napełnione cieczą. Po wprawieniu naczynia w ruch obrotowy powierzchnia swobodna cieczy przyjmuje kształt paraboloidy.

Wszystkie znane z wymienionych w stanie techniki rozwiązania wymagają wprawiania w ruch naczynia za pomocą wirownicy lub obrotowej tarczy, które są urządzeniami złożonymi, ciężkimi i niebezpiecznymi w użyciu a ponadto stosowane są w tych rozwiązaniach naczynia otwarte, co stwarza niebezpieczeństwo wyrzucenia z nich cieczy przez siłę odśrodkową, szczególnie groźne w przypadku rtęci lub stopionego wosku.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że przyrząd do pokazu zachowania się cieczy w ruchu obrotowym składa się z nieprzezroczystej, wydrążonej tulei, zamkniętej obustronnie identycznymi płaskimi, przezroczystymi tarczami, w których środku osadzony jest kołek z dwoma podłużnymi otworami przechodzącymi w płaszczyźnie osiowej. Wszystkie połączenia tarcz z tuleją i kołkiem są szczelne, a przestrzeń między nimi wypełniona jest cieczą, korzystnie zabarwioną gliceryną, której objętość równa się objętości wydrążenia w tulei. Przez otwory w kołku przechodzi sznurek tworzący zamkniętą pętlę zaopatrzoną na końcach w uchwyty.

Zaleta rozwiązania według wynalazku polega na łatwym i bezpiecznym wprawianiu cieczy w ruch obrotowy oraz na prostej konstrukcji przyrządu. Dodatkową zaletą jest przyjmowanie przez obracającą się ciecz kształtu pierścienia mieszczącego się w nieprzezroczystej części naczynia i przez to niewidocznego podczas patrzenia z boku, co daje efekt pozornego znikania cieczy i stwarza sytuację aktywizującą dla uczestników pokazu i zwiększającą jego atrakcyjność.

Przedmiot wynalazku pokazany jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 i 3 przedstawiają przyrząd w widoku z boku i częściowym przekroju przez oś naczynia, natomiast fig. 2 i 4 przedstawiają przyrząd w przekroju poprzecznym płaszczyzną A-A. Figury 1 i 2 pokazują zachowanie się cieczy w naczyniu spoczywającym, natomiast fig. 3, 4 pokazują zachowanie się cieczy w naczyniu wprawionym w ruch obrotowy.

Przyrząd do pokazu zachowania się cieczy w ruchu obrotowym według wynalazku składa się z nieprzezroczystej wydrążonej tulei 1, zamkniętej obustronnie identycznymi płaskimi, przezroczystymi tarczami 2, 3, wykonanymi, korzystnie z pleksiglasu, w których środku osadzony jest kołek 4 z dwoma podłużnymi otworami przechodzącymi w płaszczyźnie osiowej. Wszystkie połączenia tarcz 2, 3 z tuleją 1 i kołkiem 4 wykonane są korzystnie za pomocą kleju cyjanoakrylowego tak, że elementy te tworzą szczelnie zamknięte cylindryczne naczynie częściowo wypełnione cieczą 5, korzystnie zabarwioną gliceryną, przy czym objętość cieczy jest równa objętości wydrążenia w tulei 1. Przez otwory w kołku 4

PL 197 658 B1 przechodzi sznurek 6 tworzący zamkniętą pętlę zaopatrzoną na końcach w uchwyty 7, 8, stanowiące korzystnie pierścienie wygięte z drutu.

Pokaz zachowania się cieczy w ruchu obrotowym przy użyciu przyrządu według wynalazku wykonuje się trzymając uchwyty 7, 8 palcami obu rąk tak, żeby sznurek 6 był lekko naprężony ciężarem naczynia tworząc ramiona rozwartej litery V. Ciecz 5 pozostaje przy tym w spoczynku, a jej powierzchnia swobodna jest płaska i widoczna przez przezroczyste tarcze 2, 3 co przedstawia fig 1 i 2. Następnie porusza się uchwytami 7, 8 zataczając nimi kilkadziesiąt razy niewielkie okręgi w płaszczyźnie pionowej, powodując przez to skręcenie sznurka 6 i odsuwa uchwyty od siebie mocno naprężając sznurek. Rozkręcający się przy tym sznurek 6 wprawia naczynie z cieczą 5 w szybki ruch obrotowy. Ciecz przyjmuje kształt pierścienia mieszczącego się w wydrążeniu tulei 1 i niewidocznego podczas patrzenia z boku na tarcze 2, 3, co przedstawia fig. 3 i 4. Zmniejszenie naprężenia sznurka 6 w końcowej fazie jego rozkręcania powoduje, że rozpędzone naczynie z cieczą 5 skręca sznurek w przeciwną stronę i kontynuuje ruch. Okresowe naprężanie i zwalnianie skręconego sznurka 6 zapewnia ciągły ruch obrotowy cieczy 5.

Claims (1)

1. Przyrząd do pokazu zachowania się cieczy w ruchu obrotowym, znamienny tym, że składa się z nieprzezroczystej, wydrążonej tulei (1), zamkniętej obustronnie identycznymi płaskimi, przezroczystymi tarczami (2, 3), w których środku osadzony jest kołek (4) z dwoma podłużnymi otworami przechodzącymi w płaszczyźnie osiowej, przy czym wszystkie połączenia tarcz (2, 3) z tuleją (1) i kołkiem (4) są szczelne, a przestrzeń między nimi wypełniona jest cieczą (5), korzystnie zabarwioną gliceryną, której objętość równa się objętości wydrążenia w tulei (1), natomiast przez otwory w kołku (4) przechodzi sznurek (6) tworzący zamkniętą pętlę zaopatrzoną na końcach w uchwyty (7, 8).