Att simulera virveln av en orkan i en 2-litersflaska är ett enkelt och enkelt hemma- eller klassrumsexperiment. Med lite tejp, lite hårdplaströr och andra billiga material kan du bygga ett roligt och återanvändbart vetenskapsprojekt som illustrerar naturlagarna bakom virvlar, de fysiska fenomen som karakteriserar orkaner och tornadon.
Bildandet av en virvel i en flaska resulterar när centripetal- och centrifugalkrafter appliceras på ett system med olika densiteter, i detta fall skillnaden i densitet mellan luft och vatten. I naturen bildas virvlar när ett vått vädersystem kolliderar med torr luft. I båda systemen skiljer skillnaden i densitet virvelbildningen.
Skölj flaskorna och ta bort så mycket av utsidan som möjligt. Att blottlägga flaskorna i varmt vatten hjälper dig att skära av etiketterna mer.
••• Tara Novak /Demand Media
Fyll en av flaskorna med 750 ml kallt vatten. Vattnet bör fylla ungefär tre fjärdedelar av flaskan; mer vatten kommer att göra det svårare att skapa virveln medan mindre vatten kommer att förkorta dess varaktighet.
••• Tara Novak /Demand Media
Vänd den andra flaskan upp och ner och placera den ovanpå den fyllda flaskan. Fäst de två flasköppningarna med ett starkt lim för att skapa en vattentät tätning. Låt limet ställa in.
••• Tara Novak /Demand Media
Klipp kanalbandet i storlek och applicera fritt runt anslutningsfogen för att slutföra tätningen. • •• Tara Novak /Demand Media
Skapa virveln genom att vända flaskorna och vrida den övre (vattenfyllda) flaskan snabbt medurs eller moturs. Denna åtgärd skapar centripetalkraft, riktad mot flaskans mitt, som skjuter vattnet och luften till utsidan. Eftersom luft är mindre tätt än vatten, pressas luften in i mitten, vilket får virveln att bildas. Centrifugalkraft, ibland kallad tröghetskraften i Newtons mekanik, får luften i mitten att pressa mot vattnet på utsidan. Ju längre ner i virveln, desto större blir denna kraft, varför vattnet rinner snabbare längst ner på flaskan än på toppen.
Det är viktigt att notera att båda flaskorna innehåller ämne: flaskan på botten är fylld med luft, som naturligtvis vill förflytta det tätare vattnet i toppen. Om du inte snurrar den översta flaskan, konkurrerar vattnet och luften båda klumpigt för att förskjuta varandra (bildar bubblor). Att snurra den översta flaskan skapar en bättre väg för luftflöde, vilket resulterar i virvelbildning och snabbare dränering av vattnet.
Tips
Att stärka fogen mellan flaskorna kommer att öka experimentets livslängd och göra det lättare för barn att använda. Ett enkelt sätt att göra det är att köpa en kort längd av PVC-rör från en lokal hårdvaruhandel. PVC-rör är billiga och hållbara och kan, beroende på dess diameter, placeras antingen inom eller utanför flasköppningarna.
Att förbättra den visuella effekten av virveln kommer att göra det mer intressant och informativt. Detta kan uppnås genom att klippa upp små bitar av flasketiketten och lägga till dem i vattnet i steg 2. När vattnet töms kommer rörelserna att röra sig snabbare nära virvelens botten, vilket illustrerar centrifugalkraften. Färgad lampolja, eller någon färgad vätska som är mindre tät än vatten, kan också tillsättas i steg 2 för att skapa en färgad virvel. Detta kommer att göra virveln mer synligt uttalad och kan också bättre illustrera begreppen förknippade med densitet.
