Feladat: 68. fizika mérési feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Horváth Péter ,  Kánnár János ,  Komorowicz János ,  Kucsera Itala ,  Lajos Gábor ,  Szabó Csaba ,  Szűcs Gábor 
Füzet: 1984/május, 237 - 238. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Mechanikai mérés, Egyéb folyadék- és gázáramlás, Egyenletes mozgás (Egyenes vonalú mozgások), Mérési feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1984/január: 68. fizika mérési feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

A beérkezett megoldások többségükben megegyeznek a használt mérési módszerben, a megoldók a Mikola-cső középső részén kijelölt - meghatározott hosszúságú - szakaszon mérték a buborékok áthaladási idejét, általában stopperrel. A mérési szakaszt azért kell a cső középső részén választani, hogy indítás után a buborék gyorsuló mozgása ne zavarja a mérést, illetve hogy legyen idő arra, hogy a csövet megfelelő szögbe állítsuk. Ha a mérést így végezzük, két fő hibaforrással kell számolnunk. Az egyik a stopper meghatározott mérési pontossága, - ezt a hibát nem tudjuk kiküszöbölni. A másik az, hogy az indítás a reflexidő miatt személyenként és mérésenként pontatlan. Ez utóbbit ügyesen küszöbölte ki Kucsera Itala 8. o. t. (Pécs, 39-es Dandár úti Ált. Isk.), aki lefényképezte a buborékot a stopperrel együtt azokban a helyzetekben, amikor az a mérőszakasz alsó, ill. felső vége közelében volt, és a fénykép alapján pontosan meg tudta határozni az időt és a megtett utat. Az alábbiakban Komorowicz János IV. o. t. (Bp., Fazekas M. Gyak. Gimn.) és Szűcs Gábor 8. o. t. (Pécs, 1-es számú Gyak. Ált. Isk.) méréseinek eredményeit közöljük.

 
 
1. ábra
 

Az 1. ábrán a hajlásszög függvényében ábrázoltuk a különböző méretű buborékok sebességét. A buborék méretét jól jellemzi a cső függőleges helyzetében nyugalomban levő buborék ,,magassága'', ezért a továbbiakban e méret segítségével adjuk meg a buborékokat.
Az a) jelű görbe egy 10 mm belső átmérőjű Mikola csőben levő 2 mm ,,magas'' buborék mozgására,
a b) jelű görbe egy 4 mm-es buborék mozgására,
a c) jelű görbe pedig egy 15 mm-es buborék mozgására jellemző. Nagyobb buborék esetén a sebességfüggés grafikonja a c) görbéhez hasonló. Ha egy adott hajlásszögnél különböző buborékméretek függvényében ábrázoljuk a sebességeket, úgy a 2. ábrán látható grafikonhoz jutunk. E görbe alakja gyakorlatilag független a cső hajlásszögétől. (A konkrét sebességek természetesen az 1. ábrának megfelelőek.)
 
 
2. ábra
 

Lajos Gábor (Eger, Gárdonyi G. Gimn. II. o. t.) propilalkoholban is vizsgálta a buborék mozgását. Úgy találta, hogy a görbék alakja hasonló a víz esetén kapott görbék alakjához, a sebességek értéke viszont durván a kétszerese a víz esetén mért sebességértékeknek. Érdekes megfigyeléseket tett Szabó Csaba III. o. t. (Győr, Révai M. Gimn.), aki különböző átmérőjű csöveken is mért, és úgy találta, hogy amikor a buborékhossz és a csőátmérő aránya ∼1,6, akkor a sebességgörbe alakja megegyezik a c) jelű görbe alakjával, és ennél nagyobb arány esetén a sebességfüggvény nem változik lényegesen.
A sebességfüggvény alakjának változását a buborék méretének függvényében Kucsera Itala és Szűcs Gábor vizsgálta. Arra kerestek magyarázatot, hogy a nagy méretű buborékok sebessége miért nem a cső függőleges helyzetében a maximális. Magyarázatuk szerint kis buborék esetén a víz akadálytalanul áramolhat a buborék mellett minden szögállásban, így a sebesség a hajlásszöggel monoton nő (1. ábra a). Nagyobb buborékméreteknél ha növeljük a hajlásszöget, a buborék egyre inkább kitölti a teljes csőkeresztmetszetet, ezért a víz csak lassan tud áramolni mellette. Nagyobb hajlásszög esetén ugyan a buborékra ható felhajtó erő is nagyobb, de az előbbi hatás - mint ahogy a mérések ezt igazolják - lényegesebb.