Feladat: 174. fizika mérési feladat Korcsoport: 14-15 Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Bános Noémi ,  Felföldi Zsolt ,  Keszler György ,  Kispál István ,  Liptai Bernadett ,  Major Zsuzsanna ,  Megyeri Ágnes ,  Ronyecz Andrea ,  Sarlós Ferenc ,  Terpai Tamás 
Füzet: 1996/április, 253. oldal  PDF file
Témakör(ök): Mechanikai mérés, Egyéb folyadékok és gázok egyensúlya, Mérési feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1995/november: 174. fizika mérési feladat

Eső után a műanyaggal bevont vízszintes szárítókötélen egymástól közel egyenlő távolságra vízcseppek gyűlnek össze. Mérjük meg, hogy van-e összefüggés egy vékony huzalon kialakuló cseppek távolsága és a huzal átmérője között! Végezzük el a mérést víz helyett más folyadékkal is!

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

A mérés elvégzése és kiértékelése a szokásosnál nehezebb feladat elé állította a versenyzőket. A vizsgált jelenség elmélete önmagában is érdekes.1 A kísérlet gondos megvalósítása, továbbá a mérési eredmények kiértékelése a számos zavaró tényező és az adatok véletlenszerű ingadozása miatt volt nehéz.

 
A huzal  d  vastagsága [mm]  0,270,45125,36,37,05813  Vízcseppek  l  távolsága [cm]0,190,380,81,612,492,462,442,512,5±7%±4%±2%±2%±3%±3%±3%±3%±3%  Olajcseppek  l  távolsága [cm]0,230,441,032,252,562,652,522,54±5%±3%±3%±3%±2%±3%±3%±1%
 

Ronyecz Andrea (Kazincbarcika, Ságvári Endre Gimn., I. o.t.) vízzel és paraffinolajjal végezte el a mérést. 9 különböző vastagságú huzallal dolgozott, a legvékonyabb átmérője 0,27 mm, a legvastagabbé pedig 13 mm volt. Először vizes szivaccsal törölte végig a kifeszített huzalt, majd kézi permetezővel ‐ egyenletesen bespriccelve ‐ elegendően sok vizet juttatott a huzalra. Öt percet várt, hogy a fölösleges víz lecsöpögjön és stabilizálódjanak a kialakuló csappek. Olaj esetén hasonlóan járt el, azzal a különbséggel, hogy az olajat üvegből öntötte a kifeszített huzalra. Mindegyik huzalátmérőnél és folyadékfajtánál többször megismételve 10‐10 csepptávolságot mért, majd ezekből számolt átlagot és (statisztikus) hibát. A mérési eredményeit táblázat és grafikon foglalja össze. Láthatjuk, hogy a vékonyabb huzaloknál a cseppek l távolsága jó közelítéssel arányos a huzal d vastagságával, nagyobb huzalátmérők esetén azonban a csepptávolság már ,,telítésbe megy'', közel állandó marad. Ennek az lehet az oka, hogy vastag huzalok benedvesítésekor nem alakul ki a huzalt teljesen beborító, összefüggő folyadékhártya (vagy nagyon gyorsan felszakadozik), a folyadék a huzal alsó részén gyűlik össze, így a huzal vastagsága nem játszik különösebb szerepet. Azt is megfigyelhetjük, hogy a vékony huzalolnál tapasztalt lineáris összefüggés meredeksége olaj esetén nagyobb, mint a víznél. (Ugyanolyan vastag huzalon tehát az olajcseppek átlagos távolsága nagyobb, mint a vízcseppeké.) Ezen kísérleti tapasztalat szerint a cseppképződésnél a huzal geometriai adatain kívül a folyadék fizikai tulajdonságai is lényeges szerepet játszanak. Annak eldöntéséhez, hogy a folyadék melyik jellemzője (a sűrűsége, a felületi feszültsége, vagy esetleg a viszkózitása?) a lényeges, további gondos mérésekre lenne szükség. Ha valaki ilyen vizsgálatokat akar végezni, ügyelnie kell a folyadék tisztaságára (érdemes pl. desztillált vizet használni), továbbá a huzal felületének zsírtalanítására.
 
 

Több versenyző más jellegű, nemlineáris (pl. gyökös, négyzetes) függvénykapcsolatot talált a huzalátmérő és a cseppek távolsága között. Voltak olyanok is, akik azt tapasztalták, hogy vastagabb huzalon kisebb a cseppek távolsága, mint a vékonyabbaknál.
 
Megjegyzés. A különböző helyeken végzett méréseket a feltételek különbözősége és az adatok változatossága miatt nem hasonlíthattuk össze. A dolgozatok elbírálásánál nem vettük figyelembe azt, hogy ki milyen számszerű eredményt kapott, vagy hogy milyen jellegű függvényt illesztett a mérési adatokra; ehelyett a kísérleti körülmények részletes, áttekinthető leírása, továbbá a mérés és a kiértékelés gondossága, valamint az elvégzett munka mennyisége alapján pontoztunk.
Sok volt a hiányos dolgozat, legtöbbnél a hibaszámítás maradt el. Egy ilyen jellegű mérésnél, ahol ,,ahányszor mérünk, annyiféle eredményt kapunk'', különösen fontos a többször megismételt mérés eredményeinek átlagolása. Az adatoknak az átlagtól való eltérése, a mérési eredmények ,,statisztikus szórása'' felvilágosítást ad a mérés pontosságáról, a hiba nagyságrendjéről.

1Lásd az erről szóló cikket kapunk 242. oldalán.