Feladat: 234. fizika mérési feladat Korcsoport: - Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Biró István ,  Geresdi Attila ,  Mózer Tamás ,  Soós Gábor ,  Szilágyi Péter ,  Vigh Máté 
Füzet: 2002/október, 442 - 443. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Hőtani mérés, Mechanikai mérés, Mérési feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 2002/május: 234. fizika mérési feladat

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

A mérést érdemben elvégző néhány tanuló a viszkozitások arányának mérését vagy egy vékony csövön történő kifolyás idejének mérésével (Hagen‐Poiseuille-törvény alkalmazásával), vagy egy kicsiny golyó süllyedési sebességének mérésével (a Stokes-törvény felhasználásával) oldotta meg. Szilágyi Péter (Debrecen, Kossuth L. Gyak. Gimn., 10. évf.) és Vigh Máté (Pécs, Babits M. Gyak. Gimn., 10. évf.) mindkét módszert alkalmazta; Mózer Tamás (Hévíz, Bibó I. Gimn., 10. évf.) és Soós Gábor (Kiskunhalas, Bibó I. Gimn., 11. évf.) a kifolyási időket mérték, míg Biró István (Marosvásárhely, Bolyai F. Líceum, 11. évf.) és Geresdi Attila (Pécs, Árpád Fejedelem Gimn., 12. évf.) a Stokes-törvény alkalmazásával értékelték ki a mért adatokat.
Szilágyi Péter kétféle gyümölcslevet (Szobi jaffa narancsszörpöt, illetve Hey-Ho rostos narancslevet) választott, és az eredeti csomagolású, 20C-os gyümölcslé viszkozitását tekintette viszonyítási alapnak. A továbbiakban 5 (térfogat)százalékonként hígította, illetve 80C-ig melegítette a folyadékot. Mikrofonállványhoz rögzített (a szájukkal lefelé) különböző magasságban két másfél literes műanyagflakont, melyeket (megfelelő tömítéssel) műanyagcsövekkel és üveg kapillárissal kötött össze. A kapilláris átmérője 2 mm, illetve 3 mm volt, a flakonok szintkülönbségét tág határok között tudta változtatni. A folyadékot mikrohullámú sütőben (egy hőálló korsóban) melegítette, illetve ‐ szükség esetén ‐ hűtőszekrény mélyhűtőjében hűtötte le szobahőmérséklet alá. A gyümölcslé hőmérsékletét az alsó tartályba helyezett hőmérőn olvasta le. Az átfolyás idejét stopperrel mérte. Az adatok kiértékelésénél kihasználta, hogy a Hagen‐Poiseuille-törvény szerint egy kapillárison átfolyó folyadék áramlási sebessége egyenesen arányos a cső két vége közötti nyomáskülönbséggel és fordítottan arányos a folyadék viszkozitásával.
A másik mérési módszernél Szilágyi Péter egy ferdén elhelyezett (radírgumival féloldalasan alátámasztott) mérőhengerben vizsgálta ‐ két meghatározott jel között ‐ egy golyó süllyedésének idejét. A kiértékelés alapja a Stokes-törvény, amely szerint egy nagy kiterjedésű folyadékban lassan mozgó golyóra ható közegellenállási erő egyenesen arányos a golyó sebességével is és a folyadék viszkozitásával is. Jelen esetben ugyan a ,,nagy kiterjedés'' feltétele nem teljesül (hiszen a golyó közvetlenül a mérőhenger fala mellett mozog), de feltételezzük, hogy az említett arányosság itt is fennáll.
A mérési adatok ‐ mindkét módszerrel mérve ‐ azt mutatják, hogy a a rostos gyümölcslé viszkozitása erősebben függ a hőmérséklettől, mint a koncentrációtól. Ha mindkettőt ugyanolyan arányban csökkentjük, a viszkozitás megnő.
A mérés pontosságát több tényező is befolyásolja. Az időmérés és a távolságok mérése viszonylag pontossá tehető, a mérés azonban szisztematikus hibák fellépte miatt mégsem tehető 5‐10 százalékosnál pontosabbá. A kifolyásos módszernél a folyadék hőmérséklete a mérés alatt számottevően, a magasabb hőmérséklet-tartományban akár 4‐5 fokot is változik. A süllyedéses módszernél nehéz olyan golyót találni, amelynek sűrűsége csak kicsit nagyobb a folyadékénál (és emiatt kellően lassan mozog). Magasabb hőmérsékleteken a golyóra tapadó parányi légbuborékok is erősen meghamisíthatják a mérést!