Játékos fizikai kísérletek 9638366230 [PDF]

Zitiervorschau

Öveges József Játékos fizikai kísérletek

Aranyhal Könyvkiadó

ELŐSZÓ A fizika tudománya jóformán csak 350 éves. Ilyen rövid idő alatt tette lehetővé a mai technika kifejlődését. Neki köszönhetjük mai közlekedési eszközeinket, gőz-, villany-, vízierőműveinket, a rádiót, a távolbalátót és az atomenergia felszabadítását. A fizika segítségével rövid idő alatt még nagyobb mértékben meghódítjuk a természetet, életünk még gazdagabb, szebb lesz. A fizika fejlődése szorosan összefügg a termelési mód fejlődésével. Galilei azzal, hogy a tapasztalást, a kísérletezést, a természeti jelenségek elfogulatlan tanulmányozását tette a tudásszerzés, a természet megismerésének alapjává, igen nagy mértékben hozzájárult a fizika fejlődésének a megindításához. Ez a könyv megtanít arra, hogy a mindennapi élet használati tárgyainak, háztartási eszközöknek, hulladékok nak felhasználásával hogyan végezhetünk igen érdekes kísérleteket. Nem lesz szükségünk semmiféle szerszámra, semmiféle különleges ügyességre. Kísérleteink közben nemcsak rengeteg újat tanulunk, nemcsak sok természeti jelenséget ismerünk és értünk meg, hanem megtanulunk olyan fontos fizikai törvényeket is, amelyeknek alkalmazásával lépten-nyomon találkozunk a technikában. Tanulságos szórakozást találunk ezekben a kísérletekben. Bemutatásokkal érdekessé tett előadásokat tarthatunk a kísérletek alapján a szakkörökben, társaságban. Sok -sok, az életben, tanulmányainkban alkalmazható tudást szerez hetünk velük magunknak. Meglepő, új ismereteket közölhetünk általuk másokkal is.

3

Igyekezzünk lehetőleg a könyv összes kísérleteit elvégezni! Hiszen semmi különös felszerelés nem szükséges hozzá. Ha mégis előfordul, hogy valami nincsen – például pecsétviaszt kell cseppenteni valahová, vagy üvegcsövet kell szűk nyílásúvá kihúzni – fordulj az iskoládhoz, biztosan tudnak segítséget nyújtani. Ha valahol a kísérletet, a magyarázatot, a számítást nehezebbnek találnád (például az idő mérése az egyenlő napmagasságok módszerével), hagyd ki azt a részt, majd később visszatérhetsz rá és akkor megérted. Az ilyen részek a nagyobbaknak szólnak. Utánuk megint könnyű, igazán játékos más kísérletek következnek. Még jobb, ha nagyobb, tapasztaltabb úttörők együtt dolgoznak a kisebbekkel. Ezáltal mód nyílik a tapasztalatátadásra. Mennyire szerettem volna én is kísérletezni gyermekkoromban! De nem volt sem könyv, sem ember, sem iskola, aki megtanított volna rá. Ma már tietek a tapasztalati úton nevelő iskola, tietek a szakkör, tietek a nevelők minden tudása, hogy előbbre vigyen benneteket a természet kísérleti megismerésének útján. Ebben akar segítségetekre lenni ez a kiadványunk is. Szeretnénk, ha egyike lenne legkedvesebb és legtöbbet forgatott könyveiteknek. Öveges József

4

AZ ERŐ ÉS A TESTEK TEHETETLENSÉGE NÉHÁNY FELTŰNŐ KÍSÉRLET A TEHETETLENSÉGRE Játék a gyufaskatulyákkal Végezzétek el ezeket a kísérleteket! Érdekes tapasztalatokat fogtok szerezni. Bizonyára tudni akarjátok, miért történnek úgy a dolgok, ahogy történnek. Próbáljátok magatok megtalálni a magyarázatot! Ha sikerül felfedeznetek egy-egy törvényszerűséget, elismerést érdemeltek. Ha nem sikerül magatoktól megadnotok a helyes magyaráza tot, megtaláljátok a fejezet végén a kérdések sorrendjében. 1. Kísérlet. Üres gyufaskatulyát állítsunk legkisebb oldalára egy papírlapon! a) Húzzuk lassan a papírlapot ! – A skatulya a lappal együtt mozog. b) Rántsuk meg kissé a papírlapot! – A skatulya hanyatt esik. Mi is hátraesünk hirtelen kocsiinduláskor (1/a ábra). c) Rántsuk vízszintes irányban a papírlapot olyan hirtelen, ahogyan csak tudjuk! – A doboz helyén marad. Magyarázzuk meg a három esetet! (1.) 2. Kísérlet. Ragasszuk rá a skatulyát pecsétviasszal a papírlapra! A skatulya mind a három esetben együtt mozog a papírlappal. Magyarázzuk meg, miért! (2.) 3. Kísérlet. Húzzuk meg óvatosan a papírlapot, hogy a skatulya egyre sebesebben mozogjon! Aztán hirtelen hagyjuk abba a papírlap húzását! – A skatulya előrebukik. (1/b. ábra). 5

Ugyanígy bukunk mi is előre a villamoson vagy autóbuszon hirtelen fékezéskor. Miért? (3.) Felelet. 1. Ahhoz, hogy a gyufaskatulya mozgásba jöjjön, erőnek kell ráhatnia.

a) Ha a papírlapot hirtelen meghúzzuk, a gyufaskatulya hanyatt esik.

b) Ha a mozgásban levő papírlap hirtelen megáll, a gyufaskatulya előre bukik. 1. ábra. Ha lassan akarjuk mozgásba hozni, kis erő is elegendő. Ha hirtelen akarjuk mozgásba hozni, nagy erő szükséges. Mi a kísérletünkben a mozgató erő? A skatulya papírlapon áll, súrlódik a papírlaphoz, azért lassú indításkor ez a kis súrlódási erő is elegendő a skatulya mozgatásához. De ha hirtelen akarjuk a skatulyát mozgásba hozni, ahhoz nagyobb erő lenne szükséges, mint amekkorával a skatulya a papírlaphoz súrlódik. Az erő elég esetleg ahhoz, 6

hogy a skatulya alsó részét mozgásba hozza, de a felső részre már nem tud hatni. Az alsó rész elmozdul, a felső rész hátra marad, a skatulya hanyatt esik. Ha pedig nagyon hirtelen rántjuk meg a papírlapot, ha nagyon hirtelen akarjuk mozgásba hozni a skatulyát, akkor a papírhoz való súrlódás ereje még a skatulya alsó részének mozgásba hozásához sem elegendő – a skatulya a helyén marad. Galilei (1564-1642) fejezte ki először világosan, hogy egy test csak akkor jöhet mozgásba, ha egy másik test hat rá, erőt gyakorol rá. A test egymagában tehetetlen. Newton (1643-1727) pedig azt fedezte fel, illetve fejezte ki világosan, hogy ha egy testet igen hirtelen akarunk mozgásba hozni, akkor egy másik testnek igen nagy erővel kell rá hatnia – annál nagyobb erővel, minél hirtelenebb szeretnénk mozgásba hozni a testet. 2. Ha a skatulyát a papírhoz ragasztjuk, akkor sokkal erősebb lesz az összeköttetés a skatulya és a papír között, mintha csak súrlódik a skatulya a papírhoz. Azért a papír nagyobb erővel tud a skatulyára hatni, a skatulya hirtelen rántáskor is mozgásba jön. 3. Nemcsak a test mozgásba hozására kell egy másik test által erőnek hatnia, hanem a mozgásban lévő test megállítására is. A skatulya mozgásban volt. Amikor a papír megállott, súrlódásával megfogta a skatulya alját. Az meg is állott. De a skatulya felső részére nem hatott elég nagy akadályozó erő, tovább haladt, előre bukott. A pohár és a kétforintos Fedjünk le egy poharat keményebb papírral, például levelezőlappal! Tegyünk erre

2. ábra. Pöccintsük meg a kemény papírlapot, hogy lerepüljön a pohárról. A pénzdarab a pohárba esik. 7

a pohár nyílása fölé, egy kétforintos pénzdarabot! Uj junkkal pöccintsük meg a papírlapot, hogy lerepüljön a pohárról – a pénzdarab beleesik a pohárba (2. ábra). Pohár víz az asztalszélen Tegyünk vízzel telt poharat az asztal szélére! A pohár alatt papírlap legyen! Ha a papírlapot nagyon hirtelen vízszintes irányban kirántjuk a pohár alól, a pohár moz dulatlanul a helyén marad (3. ábra).

3. ábra. Ha a papírlapot a poharak alól hirtelen vízszintes irányban kirántjuk, a poharak mozdulatlanul helyükön maradnak. Mielőtt a mutatványt az asztal szélére tett törékeny és értékesebb tárgyakon bemutatnánk, ajánlatos előbb kevésbé törékeny és nem is egészen az asztal szélére tett tárgyakon begyakorolni. A fődolog az, hogy a papír megrántása nagyon hirtelen és nagyon erélyes legyen. Artisták még az abroszt is úgy le tudják rántani a megterített asztalról, hogy a tányérok, poharak stb. a helyükön maradnak. De mi ezt semmi esetre se próbáljuk meg! 8

Pénz a papírtornyon Újságpapírt vagy írópapírt tekerjünk tölcsér alakúra! Tűzzük össze gombostűvel. Állítsuk a tölcsért vizes pohárra, a tölcsér vízszintesre metszett csúcsára pedig fektessünk pénzdarabot! Tartsa valaki kezével a poharat! Mi pedig egy pálcával mérjünk erős ütést oldalról a papírtölcsérre! Az ütés ereje elsodorja a papírt, de a pénzdarab mozdulatlanul a helyén marad és beleesik a pohárba (4. ábra). Magyarázzuk meg a 2., 3. és a 4. ábrán látható kísérleteket! Miért nem mozdult el a kétforintos vagy a pohár víz, vagy miért nem repült el a pénzdarab a papírtorony tetejéről? Azért, mert roppant 4. ábra. gyorsan kellett volna ne- Mérjünk oldalról erős ütést a pakik mozgásba jönni. De pírtölcsérre, a pénzdarab a pohárhogy ilyen hirtelen mozgás- ba esik. (Valaki fogja a poharat, ba jöjjenek, ahhoz az kel- a pohár fenekét béleljük ki összelett volna, hogy a papír gyűrt papírral!) igen nagy erővel hasson a pénzdarabra vagy a pohárra. – De a papír csak a súrlódási erővel tudott hatni a pénzre, a pohárra. Ez az erő nem volt elegendő ahhoz, hogy a rántás és ütés pillanatnyi ideje alatt a pénz vagy a pohár olyan gyors mozgásba jöhessen, mint a papír – ezért csak igen kevéssé mozdultak el, szinte a helyükön maradtak.

9

Melyik zsineg szakad el? Ajtókilincsre, ajtófélfába vert szögre vagy faágra kössünk fel kettős zsinegen ½–1 kg-os fadarabot! A fadarabhoz kössünk hozzá 5-10-szeres hosszúságú ugyanolyan zsineget, mint a felső (5. ábra). Az alsó zsineghez kössünk faágat fogantyúnak, hogy jó erősen megmarkolhassuk! 1. A fogantyúnál fogva húzzuk meg lassan az alsó zsineget – a felső zsineg szakad el. 2. Rántsuk meg teljes erőnkből, hirtelen, függőlegesen lefelé az alsó zsineget! – Ez az 5-10-szeres hosszúságú zsineg fog elszakadni. Ha erősek vagyunk és roppant hirtelen, nagy erővel rántjuk meg a fogantyút, akkor még a 5. ábra. hozzákötött vastag cuHa a fogantyút hirtelen teljes erőkorspárga is előbb elszavel lefelé rántjuk, az 5—10-szeres kad, mint a felső vékony hosszúságú zsineg szakad el. zsineg. Hogyan lehet ez? Magyarázata egyszerű. 1. Ha lassan húzzuk az alsó zsineget, a zsineg erőt közvetít a fadarabhoz, a fadarab lassú mozgásba jön – elszakad a felső zsineg. 2. Ha a fogantyút hirtelen rántjuk meg, a fadarab nak hirtelen kellene igen gyors mozgásba jönnie, de ehhez hatalmas erő kell. Rántásunk szolgáltatná is ezt a hatalmas erőt – de az alsó zsineg gyenge ahhoz, hogy ezt köz vetítse a fadarabhoz, ezért elszakad. A fa pedig nem mozdul el annyira, hogy a felső zsineg elszakadjon. 10

Verseny a gyufásskatulyatoronnyal Érdekes versenyt rendezhetünk a következőképpen: először egymásfölé teszünk két üres gyufaskatulyát. Vonalzóval vagy rúddal hirtelen ütéssel kilökjük az alsót. A felső skatulya a helyén marad. Ezután három skatulyát teszünk egymás tetejére. Úgy kell kiütni az alsót, hogy a másik két skatulya egymás tetején maradjon. (6. ábra).

6. ábra. Üssük ki hirtelen ütéssel az alsót úgy, hogy a többi a helyén maradjon. Ugyanezt megpróbáljuk 4 -5 egymás tetejére helye zett skatulyával. Az a verseny győztese, akinek a legtöbb egymás felett álló skatulyával sikerült. Próbáljuk meg, nem megy-e jobban a kísérlet, ha a gyufaskatulyákat homokkal töltjük meg? A legérdekesebb: a pörgő tojás Tegyünk asztallapra vagy tányérba közönséges tojást. A tojás az oldalán fekszik. Fogjuk meg hüvelyk- és mutatóujjunkkal és pörgessük meg! 11

Ezután érjünk hozzá ujjainkkal a gyorsan forgó tojáshoz és egy pillanatra állítsuk meg – de azután vegyük el gyorsan kezünket. Csodálkozva látjuk, hogy a tojás, amely érintéskor teljesen megállott, kezünk elvétele után ismét forogni kezd. Sima lapon még további 10 -20 fordulatot is megtesz (7. ábra). Nyers tojás, főtt tojás Két tojás szükséges hozzá. Az egyik legyen keményre főtt, a másik nyers. – Kívülről semmi sem árulja el, hogy melyik a nyers és melyik a főtt.

7. ábra. Pörgessük meg az asztallapon fekvő nyers tojást. Érintsük meg egy pillanatra és állítsuk meg. Ha a kezünket elvesszük, tovább pörög. Hozzuk be pajtásaink elé és adjuk fel nekik a kérdést: Hogyan lehet eldönteni, melyik tojás a nyers és melyik a főtt, anélkül hogy feltörnénk? Rázni sem szabad, hogy a kotyogásukról állapítsuk meg, melyik a nyers tojás. Mit kell tennünk? Mi már tudjuk. Mindkét tojással elvégezzük a pörgő kísérletet. Amelyik 12

tojás az érintés után is tovább pörög, az a nyers. A főtt tojás az érintés után nem mozdul tovább. A jelenség magyarázata: Amikor a tojást megpörgettük, természetesen mozgásba jött a tojás belseje is. – Ha a tojást megérintjük egy pillanatra, de úgy, hogy a héja teljesen nyugalomba jöjjön, akkor a nyers tojás folyékony belseje még tovább is mozgásban marad, és ha a tojást elengedjük, tovább viszi, pörgeti a tojást. A főtt tojás belseje ellenben nem folyékony, hanem összefüggő, kemény egész. Amikor megállítjuk a tojást, nemcsak a héja áll meg, hanem a héjjal szoros összeköttetésben levő kemény belső rész is, ezért nem pörög tovább. Építsünk tornyot! Rakjunk egymás tetejére több üres gyufaskatulyát! A torony alatt legyen papírlap, amelynek segítségével az asztallapon húzhatjuk a tornyot (8. ábra). Végezzük a következő kísérleteket! 1. A papírlap húzásával szép lassan hozzuk mozgásba a tornyot! Baj nélkül sikerül.

8. ábra 13

2. A papírlap húzásával próbáljuk hirtelen moz gásba hozni a tornyot! A torony ledől. 3. Egészen hirtelen, teljes erőnkből rántsuk ki a torony alól a papirost! A torony mozdulatlanul, épen a helyén marad. Hogy mindez miért történik így, azt megérthetjük az alább következő négy gyakorlati kérdésre adott feleletből. Gyakorlati kérdések 1. Miért ömlik ki a tányérból a leves, ha hirtelen elmozdítjuk a tányért? (9. ábra).

9. ábra. 2. Miért bukik fejjel előre a kerékpáros (főleg a motoros), ha sebes haladása közben nekiütődik valami nek? (Gyakori a halálos szerencsétlenség.) (10. ábra.)

10. ábra. 14

11. ábra. 3. Miért vágódunk el, ha eleresztjük a sebesen haladó járművet vagy leugrunk róla? (11. ábra.) 4. Földrengéskor miért dőlnek le elsősorban a kémé nyek, tornyok, tornyok csúcsáról a gömb vagy a szél kakas? 5. Meglazult a kalapács nyele. Melyik beleerősítési mód a legjobb? (12. ábra.) Feleletek: 1. A leves nincs szilárd összeköttetésben a tányér ral. A tányér mozgása közben nem gyakorol akkora erőt a levesre, hogy a leves is elmozdulhatna a tányérral együtt, 2. Az akadály akkora erőt gyakorol a kerékpárra, hogy a kerékpár megáll. De a rajtaülő megtartja mozgását – előre repül. 3. Az eleresztés, a le12. ábra. ugrás pillanatában egész 15

testünk mozgásban van. Amikor lábunk a földre ér, a föld a súrlódási erőnél fogva megfogja lábunkat, akadályozza mozgásában. De felső testünket semmiféle másik test nem akadályozza, tehát meglevő mozgását meg tartja – előrebukik. 4. Földrengéskor a magas építmények alja hirtelen elmozdul. Ez lehetséges, mert szilárdan össze vannak építve a földdel, az elmozduló föld a kellő nagyságú erővel tud hatni a kémény, a torony aljára. A csúcsnak is el kellene mozdulnia az alappal együtt. Az ehhez szükséges erőt a torony felépítménye közvetíti a csúcshoz. Egy acéltorony ki is bírja ezt az erőt és elmozdul az egész. De a kőből épített torony esetleg előbb eltörik, mielőtt a szükséges nagy erőt ki tudná fejteni a csúcs gyors elmozdításához. 5. Érezzük, hogy az első. Amikor a kalapácsot nyelé nél fogva a szilárd alaphoz ütjük, a nyél hirtelen megáll, hiszen nem mehet tovább. A nehéz kalapács tovább akar mozogni. A nyélnek nagy erővel kellene ráhatnia, hogy egy pillanat alatt megállítsa mozgását, de mivel nem szo rul eléggé a nyélhez, a nyél nem tudja ezzel az erővel akadályozni a mozgást – ezért a kalapács tovább mozdul mindaddig, amíg annyira odas zorul a nyélhez, hogy a súrlódási erő megakadályozza mozgását.

MEGLEPŐ KÍSÉRLETEK PÉNZDARABOKKAL AZ ERŐ KÖZVETÍTÉSÉRE A rugalmas húszfilléres Szorítsunk le erősen hüvelykujjunkkal az asztalhoz egy húszfillérest! – A leszorított húszfilléres mellett legyen egy másik húszfilléres, amely az elsőhöz hozzáér! Most lökjünk a másik oldalról a leszorított húszfilléres pereméhez egy harmadik húszfillérest! Ügyeljünk arra, 16

hogy a szereplő három pénzdarab középpontja egy egyenesben legyen! (A többi kísérletben is.) Azt vesszük észre, hogy ütközés után a másik olda lon érintkező húszfilléres tovarepül (13. ábra). Sima asztallapon egyenesen meglepő, hogy milyen messzire lökődik a másik oldalon levő pénzdarab. A lehető legerősebben szorítsuk le hüvelykujjunkkal a húszfillérest, hogy egy parányit se mozdulhasson el, semmi körülmények között. A kísérlet mindig kitűnően sikerül.

13. ábra. A leszorított pénzdarabbal érintkező pénzdarab messzire elugrik. Hogyan lehetséges, hogy a hüvelykujjunkkal leszo rított, mozdulatlanul a helyén maradó pénzdarab messzire ellöki a vele érintkezőt, ha a másik oldalon nekiütközik a harmadik pénzdarab? Mielőtt erre megfelelnénk, végezzünk egy második kísérletet is! Az erőközvetítő sorozat Rakjunk le egymás mellé több húszfillérest (vagy kétforintost) úgy, hogy érintkezzenek és középpontjuk 17

egy egyenesben legyen! Az utolsót szorítsuk le erősen ujjunkkal és lökjünk neki a másik oldalról egy húszfillé rest! (14. ábra.) Két jelenséget veszünk észre: a) a sorozatban az utolsó húszfilléres megint messzire ellökődik, b) akármilyen erősen lökjük is a húszfillérest, mindig csak egyetlen húszfilléres lökődik el a sor végéről.

14. ábra. Bármilyen erősen lökjük is a sor végéhez a pénzdarabot, mindig csak egyetlen pénzdarab ugrik el a sor végéről. Ezzel a második észrevételünkkel majd később foglalkozunk. Egyelőre csak az érdekel bennünket, hogy megint odább repült a húszfilléres. Most már könnyű kitalálni az okát. Az első p énzdarab lökését a többi pénzdarab közvetítette az utolsó hoz, mindegyik odább mozdult kicsit és így természetes, hogy ellökték az utolsót. De bennünket nem is ez izgat, hanem az, hogy az első, amelyet szorosan lefogtunk, hogyan tudta a lökést továbbítani? 18

Bizony, az is úgy adta tovább, mint a többi. Úgy képzelhetjük el, hogy a lefogott pénzdarab sok apró részecskéből áll. Ezek a részecskék érintkeznek egymással. A neki ütődő pénzdarab meglöki ezt a sorozatot, a lökést átadják egymásnak, majd az érintkező pénzdarabnak, éppen úgy, mint az előbbi pénzsor. Kísérletünk tehát azt bizonyítja, hogy a szilárd anya gok egymással érintkező részecskékből állanak és ha a testet erőhatás éri, akkor az egyik részecske kilöki helyéről a másikat és így tovább. Az erőhatás az anyagokban részecskéről részecskére terjed. Ha a kis részecskék elmozdulhatnak, akkor az erőt továbbadják.

15. ábra. Ha valamennyi közbenső pénzdarabot leszorítjuk, az utolsó akkor is elugrik. Ha ujjunkkal szorítjuk le a pénzdarabot, akkor a részecskék még nincsenek annyira szilárdan megfogva, hogy ne mozdulhassanak el a pénzdarabban, egymásnak át ne tudják adni az erőhatást. Ezt igazoljuk a következő kísérlettel. Akkor is elrepül a sor utolsó szabad pénzdarabja, ha mind a négy ujjunk kal egy-egy pénzdarabot tartunk leszorítva és egyet a sor végén nekilökünk a sornak. Bőrünk engedi a részecskéket elmozdulni a lökés irányába. 19

16. ábra. A levegőben is részecskéről részecskére terjed a megütött dob bőrének lüktetése. Az utolsó levegőrészecske meglöki a fül dobhártyáját. Így terjed a hang is pl. a vasúti sínben, a vízben, a levegőben. Így terjed a természetben minden erőhatás anyagi részecskéről anyagi részecskére.

20

AZ IDŐ MÉRÉSE

Kísérleteinkben sokszor lesz szükségünk az idő mérésére. Az időt általában órával mérjük. De óra nélkül is tudunk időt mérni és ez sokkal érdekesebb, mert a magunk erejével oldunk meg egy előttünk álló feladatot. HOGYAN TUDUNK ÓRA NÉLKÜL IS PONTOSAN MÉRNI 1 MÁSODPERC IDŐT? A fonálinga Szerzünk egy kb. 1 cm átmérőjű ólomgolyót, ezt átfúrjuk, vagy apró szeget ütünk bele (kampót készí tünk rá), hogy cérnaszálon felfüggeszthessük. A cérna olyan hosszú legyen, hogy a felfüggesztési ponttól a golyó közepéig mért hosszúság 99,4 cm legyen! Az ilyen ingát fonáli ngának nevezzük (17. ábra). A nyugvó golyó mögé húzzunk egy jelet a falra vagy az ajtófélfára. Ez mutatja a golyó nyugalmi helyzetét. Lendítsük ki ingánkat! Azt vesszük észre, hogy min dig ugyanannyi idő múlik el a nyugalmi helyze ten val ó át hal adásai közt . Mérj ük meg másod per cmu t at ós óra segítségével ezt az időt. Egy másodpercnek találjuk. A mérést úgy végezzük el, hogy sok, mondjuk 20 len gés idejét mérjük meg a következőképpen: amikor a golyó lengései közben a nyugalmi helyzethez ér, hangosan mondjuk: három, kettő, egy, null, egy, kettő, három, négy,… húsz. 21

Ha számolás közben a nullhoz érünk, pontosan megállapítjuk, hogy hol áll óránk másodpercmutatója, ponto san leolvassuk óránk állását akkor is, mikor azt mondjuk: húsz.

17. ábra. A fonálinga. Így megtudjuk, hogy 20 lengést hány másodperc alatt végzett ingánk. Pl. az én kísérletemben 20 lengés ideje 21 mp volt. Ezért egy lengés ideje 21 mp: 20 = 1,05 mp. Ki tud pontosabban időt mérni? Versenyjáték Mindenki meg van győződve arról, hogy igen pontosan le tudja olvasni óráján a másodpercmutató állását. Igen könnyen kipróbálhatjuk megfigyelőképességünket és a megfigyelés pontosságát számszerűen is kifejezhetjük. Ha ketten -hár man együtt vagyunk, érdekes ver senyt rendezhetünk egymás között. Biztos, hogy a verseny győztese a legjobb megfigyelő. 22

Készítsünk fonálingát: felfüggesztett cérnaszál végére kössünk bizonyos testet (pl. kulcsot, kődarabot)! A cérna szál hossza bármekkora lehet, – most nem másodpercingát akarunk készíteni – csupán az inga lengésidejét akarjuk megfigyelni és mérni. A feladat az, hogy mindegyik külön -külön megméri 10 lengés idejét, figyeli az inga lengéseit, előtte van az óra és az első kísérletben leírt módon megállapítja, hány másodperc múlik el, mialatt az inga 10 lengést végez. A mért időt mindegyik felírja egy papírlapra. Például egy kísérletben a mért idők a következők voltak: 1. személy: 10 lengésidő 11 mp 2. személy: 10 lengésidő 10,5 mp 3. személy: 10 lengésidő 10 mp Ezután következik a lengésidő pontos mérése. Ez úgy történik, hogy nem 10 lengés ide18. ábra. jét, hanem 50-100 lenA szekrény tetején könyvek alá gés idejét mérjük meg. tett vonalzóra köthetjük az ingát. Az idő mérésekor a kezdő pillanat és a befejező pillanat idejének leolvasásában köve tünk el hibát. Ez a hiba egyaránt terheli a 10 lengés és az 50, vagy 100 lengés idejének mérését is. De 50-100 lengés idejének mérésekor az 1 lengésre eső hiba kisebb, mi ntha a hiba csak 10 lengés között oszlana el. Ezért 23

minél több lengés idejét mérjük meg, annál pontosabban számíthatjuk ki 1 lengés idejét. Kísérletünkben e célból 100 lengés idejét mértük meg. Ezt 104 mp-nek találtuk. 10 lengés ideje tehát a pontosabb mérés szerint 10,4 mp. Az 1. személy azonban 11 mp-et mért, hibája 0,6 mp, a 2. személy 10,5 mp-et mért, hibája 0,1 mp, a 3. személy 10 mp-et mért, hibája 0,4 mp. Legpontosabban mért tehát a második személy, pontatlanabbul a harmadik, legkevésb é pontosan mért az első személy. Ha a versenyt tovább akarjuk folytatni, akkor az inga-cérnaszálat megrövidítjük. Ezáltal megváltozik az inga lengésideje és megint nem tudhatjuk előre, mennyi lesz a pontos lengésidő. A verseny alatt hagyjuk, hogy a versenyzők nyugodtan kivárhassák a legmegfelelőbb pillanatot, amikor a mérést meg akarják kezdeni és hagyjuk, hogy a nem sikerültnek tartott mérést újra kezdhessék, amíg a vélt legjobb mérési eredményhez nem jutnak. Fontos, hogy az időmérést a »null« lengést számláló felkiáltással kezdjük, és csak ezután következzék az egy, kettő,... tíz stb. lengésszám. Fontos az is, hogy idő mérés közben a másodpercmutató állásában a tizedmásodpercet is becsüljük meg, mert hiszen a mutató 1/5 másodpercenkint ugrik tovább. Gondolkozzunk: Valaki verseny közben azt a kifogást emeli, hogy az ő eredménye azért nem pontos, mert amikor ő mért, akkor már kisebb volt az inga kilengése, ezért más lett az inga lengésideje. Igaza van-e? Nincs igaza. Mérjük meg pl. 20 lengés idejét akkor, ha az inga nagy kilengésekkel leng! Azután mérjük meg ismét 20 lengés idejét, ha az inga kis kilengésekkel leng! A lengésidőt mindegyik esetben ugyanekkorának találjuk. 24

Ki tud zsebórával méterekben mérni? Hegytetőn vagyunk, emberektől távol. Egy távolságot kellene lehetőleg pontosan méterekben megmérni. De ki szokott a kirándulásra mérőszalagot magával vinni? – Még centiméter-osztályzatunk sincs, nemhogy méterr udunk! És mégis könnyen sikerül a mérés legalább 1% pontossággal, pedig ez a pontosság a mindennapi életben már nagyon kielégítő. Van cérnánk és zsebóránk. A többit talán már sejt jük is. Keresünk egy kavicsot, rákötjük a cérnára és fel függesztjük. Készen van a fonálingánk. Mindaddig vál toztatjuk az inga hosszúságát, amíg lengésideje pontosan egy másodperc nem lesz. Tudjuk, hogy a másodpercinga hosszúsága 99,4 cm. A felfüggesztési pont távolsága a kavics középpontjától tehát kb. egy méter. Ez a távolság legfeljebb egy cm hibával megadja a méter hosszát. Ha egy hosszabb zsi neget ehhez mérünk, akkor akár 10 méter hosszú 1%-os pontosságú mérőzsinórt is készíthetünk. Érdekesség: Régebben a hosszúság mérésére az emberi testen található hosszúságegységek szolgáltak, pl. az öl, a lépés, a láb, az arasz, a hüvelyk stb. Ezek hosszát fém ből vagy kőből készült alapegységen rögzítették és a városházán őrizték. Ezek a hosszúság-egységek országonként (sőt néha városonként) változtak. A világkereskedelem kialakulása és a tudomány fej lődése szükségessé tette az egységes mértékrendszer kiala kítását. Ezért már régen kerestek az emberek valami olyan jelenséget, aminek segítségével bármikor és bárhol ki lehet mérni ugyanazt a hosszúságot. 1660 körül Huygens fizikus azt ajánlotta, hogy az egy másodpercig lengő fonálinga hosszúságát válasszák hosszúságegységnek. Ez a Földön bárhol könnyen előállítható és mérhető. Ez valóban ügyes gondolatnak látszott. De 1672-ben Richer francia csillagász áthajózott az Atlanti -óceánon és egy ingaórát is vitt magával. Észrevette, hogy útközben 25

a különben pontos óra járása megváltozott. E bből helyesen arra következtetett, hogy ugyanannak az ingának a Föld különböző helyein más és más a lengésideje. A másodpercinga hossza tehát a Föld különböző részein más és más, így nem alkalmas arra, hogy hosszúságegységül válasszák. Tudjuk, hogy kb. 100 évvel később, 1790-ben a franciák azt javasolták, hogy a Föld kerületének 40 milliomod részét fogadjuk el hosszúságegységül. Az akkori mérések pontatlansága miatt az így elké szített normaméter (ami összehasonlítási alapul szolgál), kb. 1/4 milliméterrel rövidebb, mint kellene (pontosan 0,23 mm-rel). Az államok legnagyobb része 1875 -ben fogadta el a méterrendszer használatát. Az egyes államoknak kiosz tott norma-méterrudak tízezred milliméter pontossággal egyeznek az eredeti méterrúd hosszával. Ellenőrizzük hosszúságmérőinket! A mindennapi életben sokféle alakját találjuk a centi méter beosztásoknak. Vannak fémből, vászonból, fából készült centiméteres beosztású mérőeszközök. Ott van a cen timéter beosztás fejes vonalzóinkon, háromszögeinken. Az a kérdés, hogy egyeznek-e egymással ezek a beosztások? Törvényes megállapítás szerint a különböző anyagú méterrudak beosztása 1 méter hosszon legfeljebb 2 mm hibát mutathat. Tegyük fel, hogy egy méteres fejes vonalzó 2 mm-rel hosszabb a méternél, egy fém mérőszal ag pedig 2 mm-rel rövidebb. Mind a kettő még megengedett eltérés. Ha a kettőt egymással összemérjük, 1 m hosszúságon az eltérés egymástól 4 mm lesz (ez 0,4%-os hiba). Hasonlítsuk tehát össze egymással a kezünk ügyébe kerülő centiméter beosztásokat. 1 m hosszon az eltérés lehet 4 mm 60 cm hosszon az eltérés lehet 2 mm 25 cm hosszon az eltérés lehet 1 mm 26

Ha ennél nagyobb az eltérés, akkor vagy az egyik, vagy mindkét beosztás hibája nagyobb a megengedettnél. Kinek legpontosabb az időérzéke? Az ember, mint óra Verseny játék A zenészek számára egy minden lengéskor egyet kettyenő inga – a metronóm – adja meg az ütemek egyenlő időközeit. De csak nagyon ritkán, akkor is csak a kezdők használják ezt az eszközt. Az embernek ugyanis természetes időérzéke, ütemérzéke van. Nemcsak az ingaóra tud szabályos, egyenlő időközök ben egyet-egyet kettyenteni. Mi is tudunk pl. a ceruzavéggel az asztalra koppantani szabályos időközökben, ütemesen vagy pedig egyenlő időközökben számolni: egy, kettő, három, négy… Természetesen nem minden emberben van egyformán kifejlődve ez az ütemérzék. Ütemezés közben egyszer csak sietni kezd, máskor késik. De akadnak, akik meglepő pontossággal tartják be nagy számú ütem közben is az egyenlő időközöket. Vizsgáljuk meg először önmagunk ütemérzék ét, azután ugyanilyen módon versenybe szállhatunk másokkal. Élvezetes és tanulságos a verseny. A vizsgálat így történik: tetszésszerinti (kb. 1 mp -es) ütemben koppintunk az asztalra szabályos időközökben. Amikor úgy érezzük, hogy belejöttünk a szabályos koppantásokba, elkezdhetjük a számolást: három, kettő, egy, null, egy, kettő… Amikor azt mondjuk: null, leolvassuk vagy valakivel leolvastatjuk zsebóránk másod percmutatójának állását, ezt az illető azonnal le is jegyzi. Amikor az ütemes számolásban húszhoz érünk, a huszadik koppantáskor újra feljegyzi az illető a másodpercmutató állását és így tovább, minden huszadik koppantáskor, pl. 10-szer egymásután. Ha i dőér zékün k ol ya n pont osan mű ködné k, mi nt az ór a, a kkor a 20 üt emből ál l ó i dőkö zö k s zi gor úan 27

ugyanannyi másodpercig tartanának. De ez általában nincs így. Íme, egy mérés lefolyása és eredménye, amit a szerző önmagán végzett:

0 ................ 10 20 ................ 34 .................... 24 ................. 0,8 40 ................ 58 .................... 24 ................. 0,8 60 ................ 22 .................... 24 ................. 0,8 80 ................ 47 .................... 25 ................. 0,2 100 ................ 10 .................... 23 ................. 1,8 20 ................ 37 .................... 27 ................. 2,2 40 ................ 02 .................... 25 ................. 0,2 60 ................ 27 .................... 25 ................. 0,2 80 ................ 53 .................... 26 ................. 1,2 200 ................ 18 ................... 25 ................. 0,2 Összeg: 248 Összeg: 8,4 Tehát egy 20-as ütem átlagos időtartama 248: 10 = = 24,8 mp. Számítsuk ki, hogy ettől az átlagos időtartamtól mennyit tértünk el a részletidők alatt. Az eltérést a negye dik oszlopban találjuk hiba felirat alatt. Látjuk, hogy az egyes időközökben elkövetett legnagyobb hiba 2,2 mp. A hibák összege 8,4 mp, ezért 1 részletidőre 8,4 : 10 = = 0,8 mp hiba esik. Tehát a közepes hiba 0,8 mp. Eszerint a 24,8 mp-es időköz mérésében időérzékünk átlag 0,8 mp hibát követett el. Hány százalékos hiba ez? az átlagos hiba.

28

Tehát a szerző versenylapjára ez kerülne fel: Az elkövetett maximális hiba: ............................. 8,8% Az átlagos hiba: .................................................. 3,2% Természetesen a verseny feltételezi azt, hogy az idő mérő pontosan tudja a hangosan számolt és lekoppantott 20-ik időköz végén leolvasni a másodpercmutató állását. Két nő és két férfi főiskolai hallgatón hasonlóan vég zett időérzék-vizsgálat eredményét alább közlöm. A részidők adatait mellőzöm:

1. 2. 1. 2.

Maximális hiba

Közepes hiba

6,8% 8% 9% 8%

1,7% 4,2% 3,6% 4,5%

nő nő férfi férfi

20 ütem átlagideje

19,1 8,6 25 21,3

mp mp mp mp

Látható, hogy a maximális hibája legkisebb az első nőnek, közepes hibája szintén az első nőnek a legkisebb. ELLENŐRIZZÜK ÓRÁNK JÁRÁSÁT! Jó-e, pontos-e az órám? Hogyan tudnánk másodpercnyi pontossággal megmondani, hogy egy nap, két nap, vagy egy hét alatt menynyit siet vagy késik az óránk? Erre két eljárást ismer tetünk. A rádió időjelzéses módszer abban áll, hogy napról napra figyeljük a rádióban az időjelzést és pl. az órát jelző gongütés pillanatában leolvassuk az óramutató helyzetét. Egyik nap óránk egy nap múlva két nap múlva három nap múlva négy nap múlva

1 1 1 1 1

ó ó ó ó ó

2 3 4 7 9

p p p p p

25 50 58 30 35

mp-t mutat, mp-et, mp-et, mp-et, mp-et; 29

akkor óránk az első nap sietett a második nap sietett a harmadik nap sietett a negyedik nap sietett = 2 ; p 5 mp-et.

1 ó 3 p 50 mp – l ó 2 p 25 mp= = 85 mp-et, 1 ó 4 p 58 mp – l ó 3 p 50 mp= = 68 mp-et, l ó 7 p 30 mp – l ó 4 p 58 mp= = 2p 32 mp-et, 1 ó 9 p 35 mp - ló 7 p 30 mp=

A szeszélyes óra és a megbízható óra Az óra jósága egyáltalában nem attól függ, hogy siet -e vagy késik, hanem attól, hogy napról napra ugyanannyit siet-e, ugyanannyit késik-e? A példánkban szereplő óra sietésén ek nagysága napról napra elég nagy eltérést mutat. A sietés változása (az óra járása) napról napra: első napról a másodikra másodikról a harmadikra harmadikról a negyedikre

68 mp - 85 mp = 17 mp csökkenés, 2 p 32 mp - 1 p 8 mp = = 1 p 24 mp növekvés, 2 p 5 mp - 2 p 32 mp = = 27 mp csökkenés.

Nem is sejtjük, hogy óránk a negyedik napról az ötödik napra hogyan fog viselkedni? Kevesebbet fog sietni, mint az előző nap, vagy többet, vagy ugyanannyit? Akkor lenne kitűnő az óránk, amely az első napon 85 másodpercet sietett, ha minden következő nap is pon tosan 85 mp-et sietne, mert akkor biztosak lehetnénk abban, hogy pl. négy teljes nap múlva 85 -4 = 340 mp = = 5 perc 40 mp-et sietne, tehát a pontos időt úgy tudnók meg, hogy az óra állásából levonnánk 5 p 40 mp-et – vagy egyszerűen ennyivel hátraigazítanánk. De példánk azt mutatta, hogy négy nap múlva nem 5 p 40 mp-cel sietett, hanem 7 p 30 mp -cel. Tehát óránk 30

igen szeszélyesen viselkedik, mert »járása« napról napra változik, még másfél perccel is! Mikor mondható egy óra kitűnőnek? Mikor mondhat juk igazán pontosnak, precíziós órának? A precíziós zsebóra járása naponta legfeljebb 2 mp-cel változik! Így pl. ha előbb említett óránk precíziós zsebóra lett volna, és feltételezve, hogy az első nap 85 mp sietést mutatott volna a valódi időhöz képest, akkor négy nap múlva legfeljebb 4· 2 = 8 mp-cel lehetett volna több vagy kevesebb a sietése, mint 4· 85 = 340 = 5 p 40 mp. Tehát a pontos időt négy nap múlva 8 mp bizonytalansággal, 1 hónap múlva pedig 1 p bizonytalansággal tudjuk a legkitűnőbb zsebóra segítségével megmondani. Az óra értékét nem az adja meg, hogy milyen tokban van, hanem járásának állandósága. Ez pedig a szer kezet technikai kivitelétől, gondos megmunkálásától és a felhasznált anyagok kiváló minőségétől függ. Ellenőrizzük óránkat a csillagokkal! Ha a rádió gongütéssel megadott időjelét használjuk, több mp is lehet a gongütésben rejlő pontatlanság. De ha a csillagos eget használjuk, akkor mp-nyi pontossággal végezhetjük a mérést. Az eljárás nagyon egyszerű. Tudjuk, hogy a csilla gok mozogni látszanak az égen; ha kémény, tűzfal, torony stb. mellé kerülnek (19. ábra), később eltűnnek mögöttük. Másnap várjuk meg ugyanannak a csillagnak az eltűnését – természetesen ugyanott, ahol az előző nap álltunk, óránk segítségével másodperc pontossággal meg tudjuk állapítani minden nap a csillag eltűnésének pil lanatát, hacsak látható a csillag. Már most az a kérdés, vajon másnap pontosan ugyanabban az időben kell-e eltűnnie a csillagnak, – pontosan 24 óra múlik-e el egy állócsillag két egymás után követ kező eltűnése között? 31

Nem! Ugyanaz a csillag minden nap pontosan 3 perc 56,4 másodperccel előbb tűnik el. A csillagászok számára az állócsillagok látszólagos mozgása az égen a legfontosabb óra! Mégpedig olyan óra, amely napról napra 3 perc 56,4 mp-et siet, csakhogy ez a sietés nem változik napról napra, tehát a »csillagórának« nincs járása (sietésében nincsen változás). Ha ezt tudjuk, akkor egyszerű feladat a csillageltűnés időpillanatának megfigyelése alapján ellenőrizni óránk járását. 19. ábra. Például, ha a csillag Nézzünk az ablakkeretre erősíeltűnése alkalmával óránk tett papírlap lyukján át. Másodpercnyi pontossággal megállapít- az első napon hatjuk, hogy mikor tűnik el egy 9 ó 15 p 20 mp-et állócsillag a távoli házfal mögött. mutatott, akkor a második napon ugyanannak a csillagnak eltűnésekor 9 ó 15 p 20 mp — 3 p 56 mp = 9 ó 11 p 24 mp -et kellene mutatnia; öt egész nap múlva pedig 9 ó 15 p 20 mp —19 p 42 mp = 8 ó 55 p 38 mp-et kellene mutatnia óránknak. Ha óránk nem ennyit mutat, akkor az eltérése adja meg késését vagy sietését. Ha megfigyelésünk közben több napon át felhős az idő és nem végezhetjük el a megfigyelést, nem baj! Tegyük fel, hogy csak 6 nap múlva lehetséges újabb megfigyelés, akkor tudjuk, hogy a csillag eltűnésének pillanata az előző 32

Megfigyelésünk időpillanatához képest hatszor 3 perc 56,4 mp = 18 perc 338,4 mp = 23 perc 38,4 mp-cel előbb következik be. Nagyon fontos 1. Szemünk minden alkalommal ugyanazon a helyen legyen. Ezt a helyet, helyzetét célszerű megjelölni. Például ábránkon úgy rögzítettük a helyet, hogy egy környílással ellátott papírost rajzszegeztünk az ablakrámára és ezen Keresztül figyeljük a csillag eltűnését. 2. Vigyázzunk, hogy megfigyelésünk céljára ne valamelyik bolygót válasszuk ki; például az esthajnal csilla got, a Marsot, Jupitert vagy a Saturnust, mert ezeknek saját mozgásu k van é s nem al kal masak mé r ésünkr e. A mérésünkhöz kiválasztott csillag állócsillag legyen. További kísérletek az órával 1. Fektessük hátára óránkat és hagyjuk nyugalom ban! Állapítsuk meg, hogy mennyit siet vagy késik egy nap alatt! 2. Fektessük hasára óránkat! Hagyjuk nyugalomban! Állapítsuk meg, hogy mennyit siet vagy késik egy nap alatt! 3. Függesszük fel az órát! Állapítsuk meg, mennyit késik vagy siet egy nap alatt! 4. Legyen az óra zsebünkben vagy karunkon és így állapítsuk meg járását egy nap alatt! Hasonlítsuk össze eredményeinket, tanulságos lesz! Azt tapasztaljuk, hogy a különböző kísérleti körülmények között napról napra esetleg percekkel is megváltozik óránk járása. Miért? Könnyű ennek az okát megtalálni. Ha fekszik az óránk, akkor a billegőkerék tengelye a csapágyra nem azon a helyen nehezedik, mint amikor felfüggesztjük az órát. Kissé más lesz az érintkező felületek minősége. Egyik 33

esetben könnyebben mozog a billegőkerék, a másik eset ben nehezebben. Ha a kerék könnyebben forog, akkor siet ahhoz a helyzethez képest, amikor a kerék nagyobb súrlódással, nehezebben mozog. Meggondolásra érdemes, hogy zsebóránk billegője óránként 18 000, naponta 432 000, évente pedig körül belül 155 millió lengést végez! A DÉL IDŐPONTJÁNAK MEGÁLLAPÍTÁSA EGYENLŐ NAPMAGASSÁG MÉRÉSÉVEL (PONTOSSÁG ½-1 PERC)

A módszer Megállott az óránk. Hogyan tudnánk saját erőnkből megállapítani az időt, hogy óránkat erre az időre állít hassuk? Könnyű kitalálni, hogy azt az időpillanatot kell megállapítani, amikor a Nap delel; akkor van valódi dél. De hogyan tudjuk azt az időpillanatot megállapítani, amikor a Nap pályájának legmagasabb pontjában van? A Nap látszólagos pályája az égboltozaton megközelítőleg körív alakú. Amikor ennek az ívnek legmagasabb pontjában, a B-ben van, akkor delel. Legyen A és C a nappálya ívének két egyenlő nagyságú pontja! Amikor a B pont, a delelés pontja az AC ív közepére esik (20. ábra). Egyszerű készülékkel könnyen megfigyelhetjük azokat az időpontokat, amikor a Nap A-ban és C-ben van. Ha e két megfigyelés között eltelt időnek a felét vesszük, meg kapjuk azt az időt, amikor a Nap pályája legmagasabb pontjában, B-ben volt. A feladatot tehát visszavezettük arra a kérdésre, hogy hogyan tudjuk a Napot pályájának egyenlő nagyságú pontjaiban lehetőleg pontosan megfigyelni. 34

20. ábra. Mérjük meg, mikor van a Nap pályájának két egyenlő magasságú pontjában, A-ban és C-ben. A két megfigyelés között eltelt idő felében volt a Nap pályája legmagasabb pontjában, B-ben. Ekkor delelt. A készülék Erre a célra szolgál a 21. ábrán látható készülék. Amint látható, f felfüggeszthető fakeretben vízszintes tengely körül forgatható d négyszögletes deszkalap van. A deszkalapot a közepén kifúrjuk és a lyukban cs csövet helyezzük el szilárdan. A cső lehet fából, például az a hengeres facső, amelyre az önműködő függönyök csava rodnak; lehet fémből, általában olyan anyagból, mely az erős nyári napsugarakat is jelentősebb alakváltozás nélkül kibírja. A cső mindkét végét beragasztjuk papírossal. A cső alsó végén lévő papírlap áttetsző legyen, például fehér írópapír. A cső felső végét záró papírlapba a cső tengelye táján tűvel finom nyílást szúrunk. Az alsó lap közepe tájára pedig jól hegyezett ceruzával kört rajzolunk. Azután a készüléket a rajzon látható módon felfüggesztjük. A keret alsó végére zsinegen súlyosabb testet, például kődarabot akasztunk és ezt a testet vízzel telt edénybe mártjuk. A súly arra szolgál, hogy a készülék függőlegesen álljon, a víz pedig a lengések csillapítására. 35

Ha a készüléket a függőleges tengely körül elforgatjuk, a cső tengelye a vízszintessel mindig ugyanakkora nagyságú szöget zár be, ezért a cső tengelye a nappálya ívét egyenlő magasságú pontokban metszi, mérési célunkra tehát alkalmas.

21. ábra. Ezzel a készülékkel állapítjuk meg azt az időpontot, amikor a Nap pályájának egyenlő magasságú pontjaiban van. 36

A megfigyelés menete Délelőtt a Napra irányítjuk a csövet. A cső felső végét elzáró papírlapba szúrt nyíláson át az alsó áttetsző papír lapra vetődik a Nap képe egy kis fényes kör alakjában. Hajlítsuk úgy a csövet, hogy a napkép éppen valamicskével az alsó lapra rajzolt kör felett legyen. Rögzítsük ebben a helyzetben a csövet, hajlását ezentúl nem szabad változtatni! Miközben a Nap emelkedik, a napkép alább száll a lapon, egyszer csak az alsó széle eléri a rajzolt kör felső szélét (21. ábra). Ezt az időpillanatot leolvassuk. Legyen például június 28., d. e. 10 ó 12 p 26 mp. Megfigyelés közben a cső végét a függőleges tengely körül jobbra-balra mozgatjuk, hogy az érintkezés pontosan megfigyelhető legyen. – Leolvasás után nem szabad a cső hajlásszögét változtatni, nem szabad a vízszintes tengelye körül elmozdítani! Most megvárjuk, amíg majd d. u. is annyira alábbszáll a Nap, hogy képe megjelenik a cső alsó végét elzáró papír lapon. A napkép először a lap alsó felén jelenik meg és lassan halad alulról felfelé. Abban a pillanatban, amikor a napkép alsó széle ismét érinti a kör felső szélét, a Nap ugyanabban a magasságban van, mint délelőtt. Ebben a pillanatban ismét leolvassuk az órát, legyen 13 ó 50 p 30 mp. Számítsuk ki, hogy mennyi idő telt el a két megfigyelés között? A második megfigyelés időpontja 13 ó 50 p 30 mp az első „ „ 10 ó 12 p 26 mp a két megfigyelés között eltelt: 3 ó 38 p 4 mp Ennek fele: 1 ó 49 p 2 mp Tehát a Nap az első megfigyelés után 1 ó 49 p 2 mp-cel delelt. 37

óránk a delelés pillanatában: 10 ó 12 p 26 mp + 1 ó 49 p 2 mp 12 ó 1 p 28 mp-et mutatott! Ha tehát óránk a Nap állása szerint járna, akkor óránk 1 p 28 mp-et sietne a Nap által mutatott időhöz képest. Sajnos, óráink nem a Nap szerint járnak. De ha a Nap szerinti időt ismerjük, akkor a használatos óraidőt könnyű kiszámítani. Erről lesz szó a következő fejezetben. Előbbi kísérletünkhöz megjegyezzük, hogy a megfigyelés pontosságát fokozhatjuk azáltal, hogy a napkép felső szélének a kör alsó szélével való érintkezése idő pontjait is megfigyeljük és ezeknek az adatoknak a közép értékével számolunk.

HOGYAN SZÁMÍTJUK KI A NAP ÁLTAL MUTATOTT IDŐBŐL AZ ÓRAIDŐT? A rosszul járó Nap Erre a számításra nemcsak előző kísérletünkben lesz szükség, hanem akkor is, amikor napórát készítünk. Érde kes és tanulságos lesz. Ismerkedjünk meg vele! Ma már vannak olyan jó zsebóráink, hogy egyik napról a másikra nem tévednek többet, mint 1—2 mp-et. Tudjuk, hogy egy valódi napnak azt az időt nevezzük, amely eltelik a Nap két egymásra következő delelése között. Ha pontos zsebórával megmérnénk ezeknek a valódi napoknak a hosszát, csodálkozva látnánk, hogy nem egyenlő hosszúak. Két egymásra következő valódi nap hossza fél perccel is eltérhet egymástól, a leghosszabb meg a legrövidebb valódi nap hossza pedig majdnem fél óra különbséget is mutat. 38

Ennek az az oka, hogy a Föld nem kör alakú, hanem ellipszisalakú pályán kering a Nap körül; bővebb magyarázatával nem foglalkozunk. A középnap Ha tehát a mindennapi életben akkor számítanánk delet, amikor a Nap pályájának legmagasabb pontján (a délkörben) áll, akkor az egyik nap hosszabb, a másik nap pedig rövidebb lenne. Hogy ez be ne következzék, az egy év alatti valódi napok (a Nap-napok) időtartamát összeadták, az összeget elosztották a napok számával; így kapták a középnap hosszát. Megérthetjük a középnapot, ha elképzeljük, hogy a valódi Nap mellett egy másik Nap is mozog az égboltoza ton. Ennek a képzelt Napnak két egymásra következő dele lése között mindig ugyanannyi idő telik el: a középnap. A középdél időpontja akkor van, ha ez a képzelt Nap halad át a délkörünkön. Az időegyenlet Hogyan tudjuk a képzelt Nap delelését megfigyelni, hiszen a képzelt Nap nem látható? Mi a valódi Nap mozgását figyeljük, de a csillagászok napról napra kiszámítják, hogy a látható Nap, a valódi Nap, mennyivel jár előbbre vagy hátrább, mint a középnap láthatatlan, képzelt Napja. Ezt az időt időegyenletnek nevezik. A túloldali táblázatban megtaláljuk azt az időt, amit a valódi Nap delelésének pillanatához hozzá kell adni, hogy a középidőt nyerjük.

39

I. TÁBLÁZAT

AZ IDŐEGYENLET Hónap napja 1 6 11 16 21 26 31 1 6 11 16 21 26 31

Január p mp

Február Március p mp p mp

Április p mp

Május p mp

Június p mp

+ 3 35 + 13 40 + 12 29 + 4 00 + 5 52 + 14 11 + 11 24 + 2 30 + 7 58 + 14 24 + 10 10 +17 + 9 50 + 14 12 + 8 47 –09 + 11 23 + 13 45 + 7 20 – 1 16 + 12 38 + 13 02 + 5 48 – 2 13 + 13 32 + 4 17 Július Auguszt. Szept. Október

–27 – 3 28 – 3 44 – 3 45 – 3 54 –39 – 2 32 Nov.

– 2 27 – 1 33 – 0 35 + 0 27 + 1 32 + 2 36

+ 3 31 + 4 32 + 5 18 + 5 53 + 6 15 + 6 22 + 6 15

– 16 20 – 16 18 – 15 55 – 15 11 – 14 6 – 12 41

– 10 58 – 8 58 – 6 45 – 4 23 – 1 55 + 0 34 + 30

+ 6 12 + 5 49 + 58 + 4 14 + 37 + 1 48 + 0 20

+01 – 1 36 – 3 19 –54 – 6 51 – 8 35

– 10 4 – 11 47 – 13 9 – 14 20 – 15 17 – 15 57 – 16 17

Dec.

Ha az időegyenletet a táblázatban nem található napra pontosan meg akarjuk tudni, akkor a következőképp járunk el: például mennyi az időegyenlet július 4-én? Megoldás : Az 1-6-a közti 5 napra a növekedés 4 p 32 mp – 3 p 31 mp = 1 p 1 mp. Egy napra a növekedés 1 p 1 mp : 5 = 12,2 mp. Július 1-től 4-ig 3 nap múlott el, ezért 3 napra a növekedés 3 ·12,2 mp = 37 mp. 40

Tehát július 4-én délben az időegyenlet 6 p 12 mp + 37 mp = + 6 p 49 mp. Kísérletünkben azt találtuk, hogy óránk állása sze rint a valódi Nap június 26-án 12 ó 1 p 28 mp-kor delelt. Nézzük meg a táblázatot! Június 26-ára + 2 p 36 mp adatot találjuk. Ezt még hozzá kell adni a méréssel megállapított időhöz és az így kapott időpontban volt a középdél. A középdél ideje = valódi Nap delelési ideje + időegyenlet. Kísérletünkben óránk szerint: a kö zépdél i dej e = 12 ó 1 p 28 mp + 2 p 3 6 mp = = 12 ó 4 p 4 mp. Vagyis amikor óránkon ennyi idő volt, tulajdonkép pen akkor volt dél. Tehát óránk 4 p 4 mp-et sietett a középnaphoz képest. A zónaidő Most már pontosan tudj uk, hogy óránk hogyan j ár a középidőhöz képest. Ha a mérést Budapesten végeztük, akkor tudjuk, hogy mikor volt dél a budapesti középidő szerint. Csakhogy pl. Győrben nem akkor delel a Nap, mikor Budapesten. Győr nyugatra van tőlünk, Győrben néhány perccel később látják a Napot pályájának legmagasabb pontján. Debrecen pedig keletre van Budapesttől. Debre cenben tehát előbb delel a Nap, mint Pesten. A tőlünk l°-kal (kb. 80 km-rel) keletre fekvő helyen 4 perccel előbb van dél, az l°-kal nyugatra eső helyen pedig 4 perccel később. V együ k csa k el ő a t ér képet ! Megál l apí t hatj uk r ól a, hogy Győrtől Debrecen kb. 4°-kal esik keletre. Ebből következik, hogy Debrecenben 4 · 4 = 16 perccel előbb van dél, mint Győrben. 41

Ha minden helyen a saját középidőt használnák, akkor már aránylag kis területen is annyi időeltérés mutatkoznék, hogy sok zavar keletkeznék belőle, külö nösen a vasúti forgalomban. Ha egyik városból a másikba utaznánk, állandóan igazítani kellene az óránkat. Ezért megállapodtak abban, hogy az egész földgömb felületét 24 szeletre, zónára osztják és egy szeleten belül az összes órákat a középső délkör középideje szerint iga zítják. Ez az idő a zónaidő. Hazánk a 15° keleti hosszúság zónaidejét használja. A térképről megállapíthatjuk, hogy Budapest földrajzi hosszúsága 19°4', azaz Budapest a 15°-tól 4°4'-cel van keletre. Tudjuk, hogy 1°-nak 4 időperc felel meg, 1’-nek pedig 4 időmásodperc. Ezért 4°4'-nek 16 perc és 16 másodperc felel meg. Tehát Budapesten 16 perc és 16 mp-cel előbb van középdél, mint a 15. hosszúsági fokon, a budapesti középidő 16 perc 16 mp-cel siet a zónaidőhöz képest. Ámde óránknak a 15° középidejét kell mutatnia. Ezért ha Budapesten kísérletünkkel megállapítjuk a középdél idejét, akkor óránknak nem szabad pontosan 12 órát mutatnia, hanem 16 perc 16 mp-cel kevesebbet. Ezt zónaigazításnak nevezzük. Látható, hogy a zónaigazítás a földrajzi hosszúsággal változik és a térkép segítségével állapítható meg. Összefoglaljuk: 1. A Nap segítségével végzett megfigyelésekkel min dig a valódi napidőt határozzuk meg. 2. A valódi napidőből nyerjük az időegyenlet felhasználásával a helyi középidőt. 3. Leolvassuk a térképről annak a helynek a föld rajzi hosszúságát, ahol a megfigyelést végezzük, ennek alapján kiszámítjuk a zónaigazítást és a zónaigazítást tekintetbe véve, jutunk a használatos zónaidőhöz. (Néhány nagyobb helységre nézve a zónaigazítást az 52. oldalon lévő IV. táblázatban találjuk.) 42

Lássuk megint az óránkat! Ezek után térjünk vissza újra az egyenlő napmagas ságok módszerével végzett időmeghatározásunkhoz és mondjuk meg most már véglegesen, hogy mennyi is a pontos zónaidő, az óraidő, az óránk állásához képest; mennyit siet vagy késik az óránk! Tekintsük át még egyszer a szereplő időadatokat! Óránk mutatott: a valódi Nap delelésekor 12 ó 1 p 28 mp-et. A középnap az időegyenlettel, azaz 2 p 36 mp -cel később delel, tehát óránk mutatott: a középnap delelésekor 12 ó 4 p 4 mp-et. De a 15. hosszúsági fokon a középnap delelése 16 p 16 mp-cel később következik majd be, ezért óránk a zónaidő szerinti délben 12 ó 20 p 20 mp-et fog mutatni. Ámde ekkor a zónaidő (óraidő) szerint pontosan 12 órát kellene mutatnia, tehát óránk 20 perc és 20 másodpercet siet. Ennyivel hátra kell igazítani, hogy jól járjon. Megfigyelésünk természetesen nem lesz másodper cekre pontos. Hol követünk el hibát? A napkép és a pa pírra rajzolt kör érintkezése megállapításakor keletkezik a főhiba. Kitesz 1-2 percet. A zónaigazítás és időegyenlet pontatlansága együttesen csak néhány másodperc hibával terhelheti megfigyelésünket. Csillagvizsgálókban, messzelátón át másodperc pontossággal tudják megállapítani a Nap delelésének pilla natát. Ebből aztán a megismert eljárással számítják ki a pontos óraidőt. Még pontosabban tudj ák a csillagvi zsgálókban azt a pillanatot megállapítani, amikor egy csillag delel, amikor a csillag lépi át az észlelőhely délkörét. Ebből is ki lehet számítani a zónaidőt. Valóban a csillagok megfigyelésével számítják a pontos időt és ellenőrzik az órák járását. 43

Még egy példa Valaki Szegeden, augusztus 1-én végzi el az időmeghatározást az egyenlő napmagasságok módszerével. A két mérés középértékeként a delelés időpontjában órája 11 ó 30 p 12 mp-et mutat. Mennyit siet vagy késik órája? Az időegyenlet augusztus 1-én + 6 p 12 mp. Szeged földrajzi hosszúságát a térképről leolva ssuk: 20° 10'. Szeged tehát a 15°-tól keletre fekszik 5°10'-cel. Ennek megfelelő zónaigazítás 5·4 perc = 20 perc, hozzáadva 10·4 mp = 40 mp, összesen 20 p 40 mp. Az időegyenlet + 6 p 12 mp A zónaigazítás +20 p 40 mp Az összes igazítás +26 p 52 mp Óránk tehát a zónaidő szerinti dél időpontjában 11 ó 30 p 12 mp + 26 p 52 mp 11 ó 57 p 04 mp-et mutatott. Kellett volna mutatnia pontosan 12 órát. Ezért óránk kereken 3 percet késik. Egy hasznos táblázat Az eddigiekből látható, hogy mindig az id őegyenlet és a zónaigazítás összegét kell a megfigyelt dél, a Nap -dél óránkon megfigyelt idejéhez hozzáadni. Ezek közül az időegyenlet minden helyen ugyanaz. A zónaigazítás ellen ben vál t ozi k a f öl dr aj zi hosszúsá ggal . De ugyanar r a a helyre nézve a zónaigazítás is állandó. Ezért célszerű, ha egy helyre nézve ezt a két adatot: az időegyenletet és a zónaigazítást összeadjuk, egy táb lázatban összeállítjuk. 44

Ha ez a táblázatunk készen van, akkor, ha tudjuk , hogy óránk mennyit mutat a valódi Nap delelésének időpontjában, azonnal meg tudjuk mondani, mikor kell óránknak a zónaidő szerint delet mutatnia. A táblázatból kiolvasható adattal később kell delet mutatnia. Az alábbi táblázatot Budapestre vonatkoztatva készí tettük el úgy, hogy az időegyenlet adatához hozzáad tuk Budapest zónaigazítását, a +16 p 16 mp -et. A táblázatot csak az öt legnaposabb hónapra adjuk. II. táblázat

A ZÓNAIGAZÍTASSAL NÖVELT IDÖEGYENLET BUDAPESTRE

Hónap napja

Május p mp

1 6 11 16 21 26 31

+ 14 9 + 12 48 + 12 32 + 12 31 + 12 20 + 13 7 + 13 44

Június p mp + + + + + +

13 14 15 15 17 18

49 43 41 43 48 52

Július p mp

Auguszt. p mp

Szept. p mp

+ 19 47 +20 48 + 21 24 + 22 9 +22 31 + 22 38 + 22 31

+ 22 28 +22 5 + 21 24 + 20 30 + 19 23 + 18 4 + 16 36

+ 16 17 + 15 40 + 13 3 + 11 12 + 9 25 + 7 41

A táblázatot így használjuk: Ha a Nap állása szerint pontosan dél van, akkor a zónaidő szerint ebben a pillanatban a táblázat adatával kevesebb időt (zónaidőt) szabad csak mutatnia óránknak. Ennek a táblázatnak nagy hasznát vesszük a követ kező kísérletünkben is, amikor megtanuljuk, hogyan kell napórát készíteni és hogyan kell róla leolvasni a zónaidőt.

45

KÉSZÍTSÜNK NAPÓRÁT (PONTOSSÁG 2-3 PERC) A délvonal kitűzése Gyermekkoromban, amikor nagy ritkán bementünk a faluról vásárolni a városba, mindig megc sodáltam egy új ház falán a napórát. Furcsán állott a mutatója; még furcsábban voltak elhelyezve az órákat jelző számok, de mutatta az időt. Édesapám össze szokta hasonlítani óráját a napórával, néha negyedóra eltérés is volt. Akkor még nem tudtam, hogy ennek oka az, hogy a napóra a napidőt mutatta. Mi már tudjuk, hogy ezen az időn bizonyos igazítást kell végezni; akkor pontosabban mutatja az időt, mint a hosszú ideig magára hagyott zsebóra. Azóta sok napórát láttam; még virágágy alakjában is. Sőt zsebben hordható napórám is van, akkora csak, mint egy zsebóra, öt perc pontossággal le tudom olvasni róla az időt. – Nyári szünidőben a magam szórakozására sok napórát készítettem. Tanuljátok meg ezt a könnyű mesterséget ti is, sok örömötök lesz benne! A leírás alapján tenyérnyi napórát is készíthettek egy falapon, de ha akarjátok, több méter átmérőjűt is a víz szintes talajon. Sőt, végül annak az egyszerű módját is megtanuljátok, hogyan készíthetünk napórát falfelületre.

22/a ábra. Így tűzzük ki az észak-dél vonalat a földön kifeszített zsineggel, mágnestű segítségével. 46

A legelső és a legfontosabb feladat bármi lyen napóra készítésekor az észak-dél irány lehetőleg pontos kitűzése. Ez iránytű segítségével történik (22/a ábra). A földbe ütünk egy facöveket, hozzá zsineget kötünk. A zsineg végét a másik kihegyezett fadarabhoz kötjük. A zsineget kifeszítjük, a földre fektetjük és föléje teszünk egy mágnestűt. A mozgó cöveket mindaddig mozgatjuk, míg a kifeszített fonal iránya a mágnestű tengelyével egybe nem esik. Ez lesz a mágneses észak -dél irány. Ha pontosan akarunk eljárni, akkor nem elégedhetünk meg az észak-déli irányban beálló mágnestű tengelye által megadott irány megjelölésével, mert ez még nem az észak dél irány, amire nekünk van szükségünk. Az észak -dél irány, a délvonal, a mágneses észak-dél iránytól eltér, mégpedig kereken 2°-kal.

22/b ábra. A csillagászati észak-dél irány, a délvonal megállapítása a mágneses észak-dél vonal segítségével. Ezt az irányt í gy rögzí tj ük le: a 22/b ábra szerinti 2 m hosszú és a mágneses észak-déli irányban álló zsineg déli cövekjét kihúzzuk és 7 cm-rel nyugati irányba mozdítjuk el és újra letűzzük. A zsineg most a csillagászati délvonalban áll. A délvonal meghatározása órával Nem mindenkinek van alkalmas iránytűje, ezért olyan módszert ismertetünk, amely feleslegessé teszi az iránytű használatát a délvonal kitűzésében. 47

Tudjuk, hogy abban a pillanatban, amikor a Nap valóban delel, pontosan a délkörben áll, tehát egy függő leges fonál vagy rúd árnyéka a dél vonalba esik. De hogyan határozzuk meg a valódi dél idejét? Egyszerűen a következőképpen: óránkat a pontos zónaidőre állítjuk be a rádió időjele, vagy más jól járó óra után. Azután ki kell számítanunk azt, hogy óránknak mennyi időt kell mutatnia a valódi dél időpontjában. Keressük ki a II. táblázatból a kérdéses napra szóló adatot. Óránknak ennyivel kevesebbet kell mutatnia akkor, amikor delel a Nap.

23. ábra. A délvonal meghatározása függőón segítségével. Abban a pillanatban, amikor a Nap delel, a függőón zsinegének árnyéka a délvonalat mutatja. Például Budapesten július 21 -ére a táblázat adata 17 p 48 mp. Tehát, amikor pontos an járó óránk 12 ó 17 p 48 mp = 11 ó 42 p 12 mp -et mutat, akkor áll a Nap a délkörben, akkor mutatja a függőleges fonál árnyéka pontosan a délvonalat. Függesszünk fel tehát egy kődarabot zsinegre (23. ábra) és a kiszámított időpontban jelöljük meg árnyék a két pontját! Ezzel meghatároztuk a délvonalat. 48

Ha a délvonalat kij elöltük, akkor már gyerekj áték a napóra elkészítése. A délvonal egy pontjába verjünk egy kis kihegyezett fadarabot! Ez lesz áralapunk középpontja. Az órapontok kijelölése K észí t sünk ol yan ór aszá ml apot , a mel yne k sugar a 1 méter! Az észak-dél vonalon a középponttól észak felé 1 m távolságban lesz a 12 órának megfelelő pont (24. ábra). Verjünk ide egy kis kihegyezett fadarabot! Húz zunk most ezzel az 1 m-es sugárral körívet! Ezen a köríven jelöljük meg majd a többi óraponto kat.

24. ábra. Az észak-dél vonalon a középponttól észak felé fekszik a 12 órának megfelelő pont. Hogy a 11 órának, a 10 órának stb. megfelelő pontok milyen messzire lesznek a 12 órának megfelelő ponttól, azt 1 m sugarú óralap esetén a III. táblázatból olvashat juk ki. III. táblázat

r = 100 cm

11, 1 óra cm

10, 2 óra cm

9, 3 óra cm

8, 4 óra cm

7, 6 óra cm

6 óra cm

Budapest 15'

19,46 0,08

39,93 0,14

62,47 0,19

87,66 0,19

114,74 0,11

141,4 0

49

A táblázatban délelőtti 11 órára és délután 1 órára a 19,46 cm adatot találjuk. Ennek értelmében a Budapes ten készített 1 m sugarú óralapon a délelőtt 11 és délután 1 órának megfelelő kerületi pontokat a délvonalban lévő 12 óraponttól jobbra-balra 19 cm és 4,6 mm távolságra kell lemérni (25. ábra).

25. ábra. Így mérjük fel a 12 órától nyugatra a délelőtti, és keletre a délutáni órapontokat. Ahányszor nagyobb a sugár, annyiszor nagyobbod nak a megfelelő adatok is. Például egy 2 m sugarú óra lapon a 8, illetve 4 óra helyét jelző pontok 2-87,56 =175 cm és 1,2 mm távolságra vannak a 12 -től. Természetesen a délelőtti órákat a 12-től nyugatra, a délutániakat keletre mérjük fel. A negyedóráknak megfelelő pontokat úgy nyerjük, hogy az egyes óraközöket 4 egyenlő részre osztjuk. A negyed óraközök is beoszthatok még 5 percesekre. A kisebb idő közöket becsüljük. Az egész órákat nagyobb, a negyed órákat kisebb cövekekkel jelöljük. 50

Az óramutató elkészítése Mindenfajta napórára a szabály ez: a napóra mutatójának párhuzamosan kell állnia a Föld forgástengelyével. – Vagy pedig még rövidebben: a mutatónak a sarkcsillag jelé kell mutatnia (26. ábra).

26. ábra A napóra árnyékvetője zsineg vagy drót lehet, egyik végét az óralap közepéhez erősítjük, a másik végét pedig a délvonalba vert függőleges tartóhoz A mutató, melynek árnyéka jelzi majd az óralapon az időt, kifeszített zsineg vagy drót lehet. A drótnak vagy zsinegnek a délvonalon átmenő függőleges síkba kell esnie és a vízszintessel pontosan akkora szöget kell bezárnia, mint helyünk földrajzi szélessége. Tehát Budapesten 47° 30' szöget, Kecskeméten 46° 54' szöget és így tovább. A földrajzi szélesség szögét a térképen találjuk, de a főbb helyekét a IV. táblázatban is megtalálhatjuk. A mutató beállításához nem szögmérőt használunk, hanem sokkal egyszerűbben és pontosabban végezzük el a beállítást a következőképpen: Szúrjunk le a délvonalba egy függőleges állású botot, 1 m sugarú kör esetén körülbelül 80 cm-re a középponttól! Szorozzuk meg ezt a távolságot 1,091 -del. Ha 80 cm-re 51

IV. TÁBLÁZAT NÉHÁNY HELYSÉG FÖLDRAJZI FEKVÉSE ÉS ZÓNAIGAZÍTÁSA

Földrajzi hosszúság Greenwichtől

A hely neve o

Zónaigazítás. Mindenütt kivonandó

Földrajzi szélesség sz. ’

o

’

p

mp

Baja ............................................................

18

67

46

10

15

48

Balatonfüred................................................

17

64

46

68

11

36

Bácsföldvár .................................................

20

2

45

33

20

8

Budapest .....................................................

19

3

47

30

16

12

Celldömölk .................................................

17

9

47

16

8

36

Debrecen .....................................................

21

38

47

31

26

32

Devecser .....................................................

17

26

47

7

9

44

Eger ............................................................

20

23

47

54

21

32

Baja ............................................................

18

45

47

47

12

0

Gyoma ........................................................

20

60

46

66

23

20

Gyöngyös ....................................................

19

56

47

47

19

44

Győr............................................................

17

38

47

43

10

32

Hódmezővásárhely ......................................

20

20

46

25

21

20

Ipolyság ......................................................

18

56

48

4

15

44

Kalocsa .......................................................

18

59

46

32

16

56

Kaposvár .....................................................

17

48

46

22

11

12

Kecskemét...................................................

19

41

46

64

22

44

Keszthely ....................................................

17

14

46

46

8

06

Komárom ....................................................

18

7

47

45

12

28

Kőszeg ........................................................

16

32

47

24

6

8

Kunszentmárton ..........................................

20

17

46

51

22

8

Magyaróvár .................................................

17

16

47

63

9

4

Makó...........................................................

21

29

46

14

25

56

Mezőkövesd ................................................

20

35

47

49

22

20

Nagykanizsa ................................................

17

0

46

27

8

0

Pannonhalma ...............................................

17

46

47

33

11

4

Pápa ............................................................

17

28

47

20

9

52

Pécs ............................................................

18

14

46

6

12

56

Sátoraljaújhely ............................................

21

41

48

24

26

44

Sopron ........................................................

16

35

47

41

6

20

Szarvas........................................................

20

33

46

52

22

12

Szeged ........................................................

20

9

46

15

20

36

Szekszárd ....................................................

18

42

46

21

14

48

Szentes ........................................................

20

16

46

39

21

4

Szentgotthárd ..............................................

16

16

46

58

5

4

Szombathely................................................

16

37

47

14

6

28

Tata.............................................................

17

18

47

39

9

12

Vác .............................................................

19

8

47

47

20

32

Veszprém ....................................................

17

55

47

e

11

40

Zalaegerszeg ...............................................

16

51

46

61

7

24

52

szúrtuk le, akkor 1,091 · 80 = 87,28 cm. Ilyen magasan kell a zsineget vagy drótot a függőleges tartóra ráerősí teni. Akkor a mutató (a zsineg, a drót) párhuzamos a Föld forgástengelyével (27. ábra).

27. ábra. 1 méter sugarú körlap esetén így állítják be helyes szög alatt az árnyékvető mutatót Ha más méretű óralapot használunk, akkor is ugyan ezzel az eljárással számítjuk ki azt, hogy milyen magasban kell érnie a mutató végének a függőleges tartót. Így például a 28. ábrán egy kis deszkalapra szerelt hordozható napórát látunk. Ennek mutatója falemezből kifűrészelt vagy fémlemezből kivágott derékszögű háromszög éle, illetve az éle által vetett árnyék. Ha a háromszög alapoldala 10 cm, akkor a függőleges oldalnak 1,091·10=10 cm és 9,1 mm-nek kell lennie. Az ilyen kis hordozható napórát használatkor mindig be kell állítani a délvonalba. Ez történhet iránytű segít ségével (esetleg rászereljük), vagy pedig úgy, hogy például az ablakdeszkán megjelöljük a délvonalat és használatkor úgy helyezzük hordozható napóránkat a délvonal fölé, hogy a napóra 0-12 vonala a délvonal fölé essék. A zsinegnek vagy a drótnak az árnyéka lesz az óramutató. 53

28. ábra. Deszkalapra szerelt hordozható napóra. Ha az árnyék a délvonalba esik, átmegy a 12-es óraponton, akkor van valódi dél és így tovább. Jól elkészített óránkról a napsütésben 1-3 perc pontossággal mindig leolvashatjuk a napszerinti időt. Az idő leolvasása Említettük, hogy a mutató árnyéka a napidőt mutatja. Tehát amikor az árnyék például augusztus 21-én Budapesten pontosan 11 órát mutat, akkor Budapesten a valódi Nap állása szerint valóban délelőtt 11 óra van. De tudjuk, hogy az így leolvasott időadatra kell még a jól ismert igazítást alkalmazni, hogy megkapjuk a használatos zóna időt (az óraidőt). Azt is tudjuk, hogy ez az igazítás az il lető napra szóló időegyenlet és zónaigazítás összege, amely a II. táblázatunkban van összefoglalva. A napórán leolvasott időből tehát ki kell vonni a II. táblázatnak az illető napra szóló adatát. 54

A napóra ideje – a II. táblázat adata = az óraidő (vagy zónaidő). Esetünkben a táblázat augusztus 21 -re 19 p 23 mp-et mutat. Tehát amikor a napóra 11 órát mutat, 11 óra - 19 p 23 mp = 10 ó 40 p 37 mp az idő. Ennek az igazításnak elvégzése nagyon fontos, mert az ország keleti részein majdnem ¾ órát is kitehet a napszerinti idő eltérése a zónaidőtől. Ezért célszerű a II. táblázatot keménypapírra felírni és a napóra közelében, hozzáférhető helyen tartani, hogy könnyen használhassuk. Hordozható, például rajzdeszkára szerelt napóránk alapdeszkájára fel is erősíthetjük. Ha az ország más részein készítjük a napórát és nem Budapesten, akkor az órapontok távolsága is, meg a mutató tartójának magassága is kissé megváltozik. De ezt a változást könnyű figyelembe venni. Jegyezzük meg, hogy a tartó magassága is, meg az órapontok távolsága is növekedik a földrajzi szélesség növekedésével (Budapesttől északra) és csökken a földrajzi szélesség csökkenésével (Budapesttől délre). 1. Lássuk először az órapontok távolságának igazítását. Az órapontok táblázata pontosan csak Budapesten é rvényes. Ha Budapesttől északabbra vagy délebbre megyünk, akkor a 15' szélességváltozásnak megfelelő órapont távol ságváltozást a 15'-es sorban találjuk (49. oldalon, III. táblázatban.). Például Szeged l°15'-cel fekszik Budapesttől délre (a térképről leolvasható). 1°15' annyi, mint 5.15'. Számítsuk ki, hogy Szegeden a 8 és a 4 órának megfelelő pontok milyen távol esnek a 12 órának megfelelő ponttól a 100 cm sugarú óralapon! A táblázat szerint l5'-nek 0,19 cm változás felel meg. Akkor 5-ször l5'-nek megfelel 0,19-szer 5 cm = 0,95 cm változás, még pedig csökkenés, mert Szeged délre van. 55

Szegeden tehát a 8 és a 4 órának megfelelő órapont távolsága 87,66 - 0,95 = 86,61 cm a Budapesten érvé nyes 87,56 cm helyett. Ha ezt az igazítást nem vennénk figyelembe, az 1 cm nagyságú órapont eltolódás körülbelül 2 perces hibát okozna a leolvasásban. 2. A tartómagasság igazítása. Láttuk, hogy Budapesten a tartómagasságot úgy kapjuk meg, ha a középponttól a függőlegesen álló tartó lábáig terjedő távolságot 1,091-del megszorozzuk. Ennek a szorzónak a nagysága a földrajzi szélesség változásával félfokonként 0,019-del változik. Számítsuk ki a nagyságát Szegedre vonatkoztatva! Említettük, hogy Szeged l°15'-cel délre fekszik Budapesttől. Mivel 1°15' = = 2,5 fél fok, azért a Budapestre érvényes 1,091 szorzót 0,019·2,5 = 0,047-del kell kisebbíteni. A Szegedre érvényes szorzó a tartó magasságát ille tően: 1,091-0,047 = 1,044. Ha tehát a függőleges tartót a középponttól 80 cm-re szúrjuk a földbe, akkor 1,044·80 = 83,52 cm magasan kell rákötnünk az árnyékvető zsineget vagy drótot. Budapesten a magasság Szegeden a magasság A különbség :

87,28. cm volt, 83,52 cm_____ 3,76 cm.

Amint látjuk, ez a majdnem 4 cm-es különbség elég jelentékeny. Legcélszerűbb az órapontok távolságát, a tartóma gasság szorzószámát ilyen módon átszámítani lakóhelyünkre és ezeket az adatokat feljegyezni ebbe a könyvbe. Kis napóra készítése Erről már volt néhány szó. Rajzlapra is felrajzolhatjuk az órabeosztást. A tart ó lehet tű, a mutató cérnaszál. 56

Ha pontosan dolgozunk, tenyérnagyságú napóránk 1-2 perc pontossággal mutatja az időt. Iránytű nélkül is beállíthatjuk hordozható kis nap óránkat a helyes irányba, de ehhez szükségünk van az óraidő ismeretére. Tegyük fel, ez június 26. d. e. 10 óra. – Tudjuk, hogy a napidő szerint már ennél több idő van. Kikeressük a II. táblázatból a június 26-ra vonatkozó adatot: 18 p 52 mp. Ezt hozzáadjuk a 10 órához. Lesz 10 ó 18 p 52 mp. Ennyit kell napóránknak pontosan mutatnia akkor, amikor a pontos zónaidő 10 óra. Nem kell tehát egyebet tenni, mint napóránkat úgy állítsuk be, hogy a zónaidő szerinti 10 órakor kereken 10 ó 19 p-et mutasson. Óránk most jó helyzetben van. Megjelöljük tehát az ablakdeszkán, az erkélypadlón, vagy bármely alkalmas helyen az alaphelyzetét és akkor bár mikor ebbe a helyzetbe állíthatjuk; örökös, soha el nem romló órát készítettünk magunknak. A reggel 5 és 4 órának megfelelő pontokat a 6 és 6 órákat összekötő vonal másik oldalán annyival mérjük a 6-os óraponton túl az órakör kerületére, amennyivel innen vannak a 7 és 9 órák helyei. – Megfelelően járunk el az esti 7 és 8 óra helye kijelölésekor is (28. ábra). Napóra a házfalon Különösen csábító feladat és igazán szép teljesítmény valamely napsütötte házfalra szerkeszteni egy pontos napórát. Lényegében ez rendkívül egyszerű feladat. A fal maga alkotja óralapunkat. Az óralap közép pontjába egy egyenes vaspálcikát erősítünk árnyékvető mutatónak és a falra felrajzoljuk az órapontokat (famutató vagy falap éle elgörbülhet). Lássuk tehát az óramutató beállítását és az órapontok kijelölését! 1. Az árnyékvető mutatónak most is, mint mindig, a sarkcsillag félé kell mutatnia, párhuzamosan kell állania 57

a Föld tengelyével. A vízszintes óralapon be tudjuk állí tani az árnyékvetőt a földtengely irányába, az ismertetett módon, de hogyan lehetséges ez egy függőleges fal vala melyik pontjában? Itt tág tere van a találékonyságnak. Tessék kitalálni valamilyen még egyszerűbb és jobb módszert. Mi ezt ajánljuk: A házfal mellett a sík felületen megszerkesztünk az ismert módon egy napórát. Ennek az árnyékvető mutatóját könnyű pontosan felállítani (29. ábra).

29. ábra. Így lehet bármely irányú napsütéses házoldalra helyesen megállapítani a napóra mutatójának pontos elhelyezését. Ezután fektessünk a délvonalon keresztbe egy függőleges és a fallal párhuzamosan álló deszkalapot! A deszkalap érjen az árnyékvető mutató felső végéhez! Most már tudjuk, hogy milyen állásban, milyen irányban kell az árnyékvető mutatónak a falhoz képest állania. Legegyszerűbb, ha a mutatóul szolgáló pálcikát azonnal 58

beleerősítjük a falapba olyan irányban, mint ezt a napóra árnyékvetője mutatja. Ez nagyon pontosan lehetséges. Ezután a falapot ráerősítjük vagy belegipszeljük a falba a mutatóval együtt. Biztosak lehetünk, hogy a fal ból kiálló mutató a Föld tengelye irányában áll. 2. Az órapontok kijelölése ezután már valóban gyerekjáték. Tapasztalati alapon történik. Egyszerűen megjelöljük a falon az árnyék helyét akkor, amikor a Nap állása a napidő szerint délelőtt 7, 8, .... 12, délután .... 6, 7 órát mutat. Természetesen lehet a fal állása olyan, hogy csak a délelőtti órákat vagy csak a délutániakat mutatja. Hogy mikor van hel yi valódi napidő szerint 7, 8, 9, . . . óra, azt, amint már tudjuk, egy pontosan járó órával állapítjuk meg. Nálunk mindig előbb mutatja a Nap az időt, mint a zónaidő. Ezért a II. táblázatból ki kell keresni a napóra készítésének napjára eső adatot és zseb óra szerinti teljes óránál ennyi perccel előbb kell mutatni a napóránknak a teljes órákat. Például Budapesten május 21-én 12 p 20 mp-cel a zsebóra szerinti 7, 8, 9, . . . óraállás előtt kell a napórának 7, 8, 9, . . . órát mutatnia. Ahol tehát a napóra árn yékmutatója 6 óra 47 p 40 mp-kor áll, ott lesz a 7 óra jele, ahol az árnyék 7 óra 47 p 40 mp-kor áll, oda jelöljük a napórán a 8 órát és így tovább!

59

HATÁS – ELLENHATÁS Kísérlet a seprűnyéllel Szükségünk van két deszkadarabra és hengeres ru dakra, pl. seprűnyéldarabokra. A seprűnyéldarabokat a deszkadarabok alá tesszük (szükség esetén rajztáblák is megfelelnek), azután egyik deszkára is, másikra is feláll egy -egy fiú. Az egyik fiú

30. ábra. Ha a másikat magunk felé húzzuk, magunk is elmozdulunk a másik felé. derekára kötelet kötünk és a kötéllel a másik fiú maga felé igyekszik húzni az elsőt (30. ábra). Mit veszünk észre? Azt, hogy sohasem sikerül egyiknek a másikat úgy maga felé húznia, hogy maga is el ne mozdulna a másik felé. Úgy látszik, mintha a másik is húzná őt. Ha a kezét 60

fogná annak, akinek a derekára van kötve a kötél és úgy húzná, el sem hinné, hogy az is nem húzza őt. De mivel a kötél amannak a derekán van, még akarattal sem húzhatja. És mégis elmozdul a másik felé, a másik mégis húzza őt! Ki lehet mutatni méréssel, hogy amekkora erővel az egyik test húzza vagy taszítja a másikat, ugyanakkora erővel húzza (vagy taszítja) a másik test is az elsőt. Ha egy test hat a másikra, a másik test is ugyanakkora, de ellenkező irányú erővel visszahat az első testre. Egyetlen erő hatása lehetetlenség. Az erők mindig párosával jelentkeznek a természetben. Az egyik ható erővel szemben fellép az ugyanakkora, de ellenkező irányú visszaható erő, a reakció-erő. Kísérlet a borotvapengékkel Húzzunk végig néhányszor a mágnes egyik sarkával egy elhasznált borotvapengén! A penge mágneses lesz. Fektessük a mágnesezett pengét lapjával egy tányér ban lévő víz felszínére! A penge úszni fog a vízen. Azután tőle néhány centiméter távolságban fektessünk a víz fel színére egy másik, nem mágnesezett pengét is! Úgy szokás mondani, hogy a mágneses acéldarab a nem mágneses acéldarabot magához vonzza (31. ábra). Azt várnánk tehát, hogy a nem mágneses penge úszni fog a mágneses felé, miközben a mágneses penge a helyén marad. A kísérlet azonban azt 31. ábra. mutatja, hogy mindkét penge A tányér vízre helyezett mágúszik egymás felé, mégpedig nesezett penge vonzza a nem szemmel láthatóan ugyanmágnesest. De a nem mágneolyan sebesen. Ebből arra kö- ses is vonzza a mágnesest, mert vetkeztethetünk, hogy mindmindkettő elmozdul egymás két pengére ugyanakkora erő felé. hat. 61

Amekkora erővel a mágneses penge maga felé vonzza a nem mágneses pengét, ugyanakkora erővel vonzza a nem mágneses penge is a mágneses pengét. Tehát az első penge hatása a másodikra és a második penge visszahatása az első pengére ugyanakkora. Nem képzelhető el erő (hatás) ugyanakkora ellenerő (visszahatás) nélkül. Kérdés: Hogyan tudnánk kísérlettel egyszerűen kimutatni, hogy nemcsak egy nagyobb mágnes vonzza a vasdarabot, hanem a vasdarab is a mágnest? KÍSÉRLETEK A RAKÉTAELVRE Seprűnyéllel Álljunk fel megint a seprűnyelekre helyezett desz kára! Vegyünk kezünkbe egy táskát és dobjuk előre! A deszka alattunk hátra fog gördülni (32. ábra). Nemcsak mi löktük a táskát előre. A táska ugyanakkora erővel lökött bennünket hátra. Ha hintán ülünk és pl. egy féltéglát, előre dobunk, magunk ellenkező irányba lendülünk ki. Órarugóval 32. ábra. Álljunk rá a hengeres seprű nyelekre tett deszkára, azután dobjunk előre egy táskát, – hátrafelé gördülünk. 62

Az előző kísérletet kicsiben is elvégezhetjük az asztallapon a következőképpen: Egy kis deszkalap

alá – ez lesz a hátrafutó deszka – hengeres ceruzákat teszünk. A deszka tetejére hajítószerkezetet kell készí tenünk. Ezt órarúgó darabkából készítjük. Minél széle sebb az órarúgó, annál jobb. A rúgó végeit lángba tartva megizzítjuk, hogy kilágyuljon, és ha a rúgó lehűlt, a végeit a kívánt alakúra hajlíthatjuk. A deszkába két szeget verünk, ezeket dróttal össze kötjük és a drót alá dughatjuk a rúgó végét. Vagy pedig a két szeggel lemezt szegezünk a deszkalapra (ez még jobb) és a lemez alá dugjuk a rúgó végét.

33. ábra. A zsineg elégetésekor a rúgó lelöki a testet a lapról. A lap ellenkező irányban gurul. Mielőtt a rúgót a deszkalapra tennénk, az ábrán lát ható alakúra hajlítjuk össze és cérnával vagy vékony zsi neggel kötjük össze. A rúgó szabad végére nehezebb tárgyat, pl. kődarabot, vasdarabot teszünk. Azután egy szál gyufával meg gyújtjuk és elégetjük az összekötő zsineget. A szétugró rúgó lelöki a testet a deszkalapról, de maga a lap az ellenkező irányba szalad el (33. ábra). Ugyanezt a visszarúgást tapasztaljuk a lőfegyver, az ágyú működésében is. A fegyver, az ágyú előrelöki a lövedéket, ő maga pedig ellenkező irányba, hátrafelé mozdul el. 63

Gumipuskával A fegyverek visszarúgásának szemléltetésére érdemes elkészíteni a 34. ábrán látható egyszerű szerkezetet. Tulajdonképpen gumipuskát szerelünk egy falapra. A gumit spirálrúgó is helyettesítheti. A lövedék egy meghajlított, súlyosabb vaslemez. A kikötés cérnaszállal tör ténik. Lövéskor a cérnaszálat elégetjük.

34. ábra. Deszkalapra gumipuskát szerelünk. A deszkalapot négy zsinegen hintaszerűen felfüggesztjük. Ha a kikötő cérnaszálat elégetjük, a deszkalap a lövéssel ellenkező irányba lendül. Az egész szerkezetet négy vékony zsinegen hinta szerűen felfüggesztjük. Lövéskor a deszkalap annál meszszebbre lendül hátra, minél hosszabb zsinegeken van felfüggesztve és minél súlyosabb lövedéket minél sebesebben lövünk ki. Futó próbacsővel Még kevesebb előkészülettel is megmutathatjuk a rakétaelvet egy próbacső és egy dugó segítségével (35/a ábra). 64

Feszítsünk ki vékony zsineget (cérnaszálat) pl. a két szemközti ajtófélfába vert kis szögek között! Egy próba csőre sima (nem rozsdás) drótot tekerünk, a végét kampó alakúra hajlítjuk, hogy a csövet a zsinegre akaszthassuk. A cső ne álljon egészen vízszintesen, hanem a zárt vége valamivel mélyebben, hogy a csőbe öntött néhány csepp víz ebben a végében gyűljön össze! Azután gyertya vagy spirituszlángot tartunk a víz alá. A vizet felforraljuk. A fejlődő gőz kilöki a dugót és a cső ellenkező irány ban elmozdul. Parafadugónál alkalmasabb gumidugót használni, mert a gumidugó nehezebb és így erősebb a lökés.

35. ábra. A forró víz gőze kilöki a dugót és a cső a dugó kilövési irányával ellenkező irányban elugrik. Ahelyett, hogy a csövet kifeszített zsinegre függesztenénk, kampókkal fel is akaszthatjuk hintaszerűen (35/b ábra) és ekkor ellendülését figyeljük. Vigyázzunk! Próbacsöves kísérletben a dugót ne nyomjuk olyan erősen a csőbe, hogy a dugó kilökése helyett a cső repedjen meg! Ügyeljünk arra is, hogy a csőben csak kevés, legfeljebb gyűszűnyi víz legyen; továbbá, számítva a cső megrepedésére, a forró vízcseppekre, a cső melegítése alatt egy vastagabb üveglapot tartsunk arcunk elé és a mutatványt csak a lap mögül engedjük nézni. Az elővigyázati rendszabályokat elkerülhetjük, ha üvegcső helyett fémcsövet használunk. 65

Alkalmazások Ezekben a kísérletekben megismert rakétamozgások mindegyike a hatás – ellenhatáson alapul. Ugyanígy mozognak a tűzijáték-rakéták is. Alsó nyílásukon igen nagy sebességgel áramlanak ki az égés közben keletkező gázok és égéstermékek. Ezek ellenhatása nagy erővel löki magasba a rakétát. Ugyanezen az elven működnek a lökhajtásos repülőgépek motorjai és azok a rakétalövedékek, amelyeket főleg a légkör több száz kilométer magas rétegeinek kikutatá sára használnak. Lökhajtásos repülőgéppel már óránként 2000 kilométer sebességet is elértek. Rakétalövedék pedig több mint 400 kilométer magasságra emelkedett fel.

66

A RUGALMAS ÜTKÖZÉS KÍSÉRLETEK ÜTKÜZŐ PÉNZDARABOKKAL Az egyik áll Tegyünk le az asztalra egy kétforintost (vagy húszfillérest)! Lökjünk neki egy másik kétforintost, de úgy, hogy a lökő pénzdarab a két pénzdarab középpontját összekötő egyenes irányában csússzék! (Ezt úgy mondjuk, hogy központosán, centrálisán ütköznek.)

36. ábra. Az ütő pénzdarab megáll. A megütött átveszi az ütő pénzdarab sebességét. Azt várnánk, hogy ütközés után szétugrik a két pénzdarab, egyik erre, a másik arra. De nem így történik. Meglepődve látjuk, hogy az ütő pénzdarab megáll, a megütött pedig tovább csúszik (36. ábra). Hogy az ütközés pillanatában az ütközés helyén valóban megáll a pénzdarab, azt pontosan megfigyelhet 67

jük, ha az asztallapon egy vonalat húzunk krétával és a nyugvó pénzdarabot úgy tesszü k, hogy széle pontosan a vonalra essék. Az ütközés után, ha eltaláltuk a központos ütközést, az ütő pénzdarab megáll a vonalon. Hogyan magyarázható meg, hogy az ütő pénzdarab nem ugrik vissza, hanem megáll? A hatás - ellenhatás elve alapján nagyon egyszer űen. Az ütő pénzdarab mozgás közben találkozik az álló pénzdarabbal, az állóra erőt gyakorol, az állót saját mozgása irányában tovább akarja mozdítani. Eközben mindkét pénzdarab rugalmasan összenyomódik (37. ábra), és az ütött el is indul az ütés irányában. De amekkora erővel az ütő nyomja, mozgatja az ütöttet, ugyanakkora erővel nyomja az ütött pénzdarab mozgási irányával 37. ábra. ellenkező irányba a még mozgó Ütközés közben mindkét ütőt. pénzdarab rugalmasan Tudjuk, hogy egyenlő nagyösszenyomódik. ságú, de ellenkező irányú erők egyenlő tömegű testeken ugyanakkora, de ellenkező hatást okoznak. Ezért az ütő pénzdarabnak meg kell állnia, a megütöttnek pedig az ütő pénzdarab sebességével tovább kell repülnie. Szemközt csúszó pénzdarabok A sima asztallapon jobb és balkezünk mutatóujjával sebesen csúsztatunk egymással szemközt egy-egy pénzdarabot, majd eleresztjük őket, hogy csúszásuk közben középpontosan egymásnak ütközzenek (38. ábra). Próbáljuk meg, lehetséges-e úgy csúsztatni őket egymással szemben, hogy valamelyik megálljon az ütközés után? Bármennyit próbálkozunk is, ez sohasem sikerül, hanem szemközti ütközés után visszaugranak. Fi gyel j ük meg, ho gy mel yi k u gr i k vi ssza üt kö zés 68

után nagyobb sebességgel, melyik csúszik messzebbre ütközés után? Nem az a pénzdarab ugrik vissza messzebbre ütközés után, amelyik ütközés előtt sebesebben mozgott, hanem ellenkezőleg: az, amelyik ütközés előtt lassabban mozgott. A jobb kezünk általában ügyesebb és a jobb kézzel tolt pénzdarab (2) rendszerint nagyobb sebességet nyer, mint a balkézzel tolt (1). Ütközés után a balkéz pénz darabja ugrik messzebbre. Az egészen pontos törvény ez: ütközés után a pénzdarabok sebességet cserélnek. Pl., ha a jobb kézzel meg-

38. ábra. Egymással szemközt mozgó pénzdarabok az ütközés után sebességet cserélnek. lökött kétszer akkora sebességgel haladt ütközés előtt, mint a balkézzel meglökött, akkor ütközés után az utóbbi pénzdarab kétszer akkora sebességgel pattan vissza, mint az előbbi. A jelenség magyarázata: Tételezzük fel, hogy a jobboldali pénzdarab nagyobb sebességgel halad, mint a bal oldali. Ütközéskor rugalmasan összenyomják egymást. Melyik fog összenyomódás közbe n előbb megállni? Az, amelyik lassabban haladt, tehát a baloldali. De ekkor a jobboldali még mindig mozog, ezért elkezdi ellenkező i r ányban t ol ni a r ugalmasan bel apul t bal ol dal i pénz 69

darabot. Tehát a baloldalinak már sebessége lesz ellen kező irányban akkor, amikor majd a jobboldali megáll. Ebben a pillanatban még mind a ketten rugalmasan be vannak lapulva és rúgják egymást ellenkező irányba, de ugyanakkora erővel. Ez az erő e pillanat után egyenlő nagyságú, ellenkező irányú sebességet közöl mindegyikkel. De a baloldali pénzdarabnál ehhez a sebességhez hozzá adódik majd az a sebesség, amit előzőleg már kapott. Ezért ütközés után nagyobb lesz a sebessége, mint a jobboldali pénzdarabé, amelynek meg ütközés előtt volt na gyobb a sebessége. Hogyan lassítják az atomenergia felszabadításakor a neutronokat? Tegyünk le az asztallapra egy ötforintost! Kerületét jelöljük meg krétával az asztallapon, hogy ugyanarra a helyre tudjuk visszatenni! Lökjünk az ötforintoshoz középpontosan egy két forintost! Visszapattan. J elöljük meg a visszapattant kétforintos helyét! (39. ábra.) Ezután – lehetőleg ugyanekkora sebességgel – lökjünk egyforintost, majd ötvenfillérest az ötforintoshoz! Azt vesszük észre, hogy az egyforintos messzebb ugrik vissza, mint a kétforintos és legmesszebb ugrik az ötvenfilléres. Kísérletünk azt bizonyítja, hogy minél nagyobb különbség van az ütköző tes39. ábra. tek tömegei között, annál Minél kisebb tömegű az ötforinnagyobb sebességgel pattan tosnak ütköző pénzdarab, annál nagyobb sebességgel pattan visz- vissza az ütő test, ha a megütött test nyugalomban van. sza ütközés után. 70

Az ötforintos tömege 12 gramm. A kétforintosé 5 gramm. Az egyforintosé 1,5 gramm, az ötvenfilléresé 1,4 gramm. Egyik kísérletünkben pl. az ötforintostól a kétforin tos 10 cm távolságra pattant vissza, a kisebb tömegű egyforintos 16 cm-re, a még kisebb tömegű ötvenfilléres pedig 35 cm távolságra, ha nagyjából ugyanakkora sebességgel löktük őket középpontosan az ötforintoshoz. Ennek a tapasztalatnak nagyon fontos alkalmazása van az atomfizikában. A széthasadó uránmagból több ezer km/mp-nyi sebességgel repülnek ki a neutronok. Ezeket le kell lassítani. A neutronok az urán-atommagok között repülnek. Az urán-atommag 238-szor nagyobb tömegű, mint az 1 tömegű neutron. Erről a neutronhoz képest hatalmas tömegű magról majdnem változatlan sebességgel pattan vissza a neutron. Tehát ütközések közben a neutron igen kis mértékben veszít sebessé géből. De ha a neutron például az ugyanakkora tömegű hidrogénmagnak ütközik, akkor egyetlen ütközés közben elveszítheti teljes sebességét. Ha pedig a néhányszor nagyobb tömegű, kis atomsúlyú atommagoknak ütközik (például szén 6), akkor mindegyik ütközés után jelentéke nyen csökken a sebessége. Ezért a neutronok útjába grafit (szén) -hasábokat tesznek. A grafithasábba ütköző neutron teljesen lelassul és alkalmassá lesz az atomenergia felszabadítására. Egy izgató kísérletsorozat Fektessünk le a sima asztallapra 7 egyforma pénz darabot egymásután úgy, hogy érintkezzenek. A pénzdarabok lehetnek húszfilléresek, kétforintosok (ezek súlyosabbak). Azt már láttuk, hogy ha egy pénzdarabot tolunk el a sor végéről és középpontosan nekilökjük a sornak, akkor a sor másik végéről egy pénzdarab fog továbbrepülni. 71

Ezt a kísérletet annak egyszerű szemléltetésére használtuk, hogy a pénzdarabok (egy test részecskéi) tovább adják a lökést, az erőt. 1. Kísérlet. Toljunk el két pénzdarabot a sor végéről és lökjük neki központosan a megmaradt sornak! (40. ábra.) Azt látjuk, hogy a sor végéről két pénzdarab fog tovább repülni.

40. ábra. Mintha gondolkodnék a pénzérmék sora. Próbáljuk most a két pénzdarabot kisebb-nagyobb erővel lökni a sor végének. Azt látjuk, hogy mindig két pénzdarab repül tovább, hol nagyobb, hol kisebb távolságra. Próbáljunk most csak egy pénzdarabot nekilökni a sor végének kisebb-nagyobb erővel. Egészen biztos az, hogy a nagyobb sebességgel lökött egyetlen pénzdarabnak is van akkora lökőereje, mint a kisebb sebességgel meglökött két pénzdarabnak. És mégis, bármily kis vagy nagy erővel lökjük is a sorhoz az egy pénzdarabot, – mindig csak egy pénzdarab 72

fog tovarepülni a sor másik végéről és sohasem kettő vagy három pénzdarab. Bármily kis vagy nagy erővel lökjük is a sorhoz a két pénzdarabot, mindig pontosan két pénzdarab fog tovarepülni a sor végéről és sohasem egy vagy több. Felmerül bennünk a kérdés: miért repül el a sor végéről éppen annyi pénzdarab, mint ahánnyal meg löktük? 2. Kísérlet. Toljunk el a sor végéről három pénzdarabot és együttesen, egymással érintkezve lökjük neki őket középpontosan a nyugalomban lévő sornak. Akárhány pénzdarabunk van is a nyugalomban lévő sorban, pontosan három pénzdarab fog a sor végéről továbbrepülni együttesen, a többi együtt marad. Hiába próbálunk például egy ötforintost lökni a sor végéhez, akár ezerszer is, sohasem tudjuk elérni azt, hogy például 3 pénzdarab repüljön el szemmel láthatóan együtt és a többi is együtt maradjon. – Pedig az ötforintossal is megüthetjük oly erővel a sor végét, mint 3 darab két forintossal. A lökés ereje tehát nem függ attól, hogy mekkora tömegű test ütötte meg a nyugvó pénzsorozatot és a sor végéről mégis pontosan ugyanakkora tömegű pénzmennyi ség repül el, mint amekkora megütötte. 3. Kísérlet. Feladat: Nincsen mérleg kéznél. Meg kellene állapítani, hogy az ötforintos pénzdarab egyenlő súlyú-e 2 darab kétforintossal vagy 3 darab egyforin tossal? Kezünkkel, érzésre mérlegelve, talán megállapíthatjuk, hogy melyik súlyosabb, de hogy nem egyenlő súlyúak-e, azt teljesen biztosan nem állapíthatjuk meg. Az előző kísérlet alapján azonban biztosan felelhetünk a kérdésre. Kétforintosok sorozatát tesszük az asztalra (vagy pe dig húszfilléreseket). Meglökjük középpontosan egy ötforintossal a sorozatot. A következő képet látjuk: 73

41. ábra. Ha az asztallapon fekvő pénzsort egy velük nem egyenlő nagyságú pénzdarabbal lökjük meg, semmiféle szabályosságot nem tapasztalunk. Tehát nem lehet az ötforintos sem két, sem három kétforintos pénzdarab súlyával egyenlő, mert egyenlőség esetén a sorozat végéről 2, illetve 3 együtt maradó pénzdarabnak kellene elugrania. A »gondolkodó« pénzsorozat titkának megfejtése Ez a jelenség annyira elgondolkoztató, hogy fel tétlenül igazolnunk kell: ami történik, nem is történhetik másképpen, különben ellentmondana a természet általános törvényeinek. a) Az első természeti törvény az energia megmaradása. A pénzdarabok a kísérleteinkben szereplő kis ütközé sekre nézve rugalmas testeknek tekinthetők. Ekkor pedig áll: az ütő pénzdarab mozgási energiája = az elrepülő pénzdarab mozgási energiája. Legyen: m1 =az ütő pénzdarab tömege, v 1 = az ütő pénzdarab sebessége, m2 = az elrepülő pénzdarab tömege, v 2 = az elrepülő pénzdarab sebessége. 74

A f i zi kában bebi zon yí tj uk, hogy az m t ö me gű és v sebességű testnek sebességénél fogva

energiája van.

Akkor képletben előbbi állításunkat így fejezhetjük ki:

Egyszerűsítve: m1 -v 1 2 = m2 -v 2 2 b) A második természeti törvény a mozgásmennyiség megmaradása. Valamely test tömegének és sebességének szorzatát mozgásmennyiségnek nevezzük. Ezekben az utóbbi kísér leteinkben az ütő pénzdarab megállott, az előtte álló, megütött pénzdarab pedig elrepült. Ekkor a fizika tanítása szerint érvényes az, hogy: az ütő pénzdarab mozgásmennyisége = az elrepülő pénzdarab mozgásmennyisége m1· v 1 = m2 ·v 2 Esetünkben tehát feltétlenül érvényes ez a két törvény: m1 ·v 1 2 = m2 ·v2 2 m1· v 1 = m2· v 2 c) Tegyük fel, hogy lehetséges az, hogy 1 pénzdarab bal ütünk v 1 sebességgel és 3 pénzdarab ugrik el v 2 sebességgel. Írjuk fel erre az esetre törvényünket: 1 pénzdarab·v 1 2 = 3 pénzdarab·v 2 2 1 pénzdarab·v 1 = 3 pénzdarab·v 2 Egyszerűsítsünk a pénzdarab tömegével: l·v l 2 = 3·v 2 2 1·v 1 = 3·v 2 Osszuk a két egyenlet baloldalait is, jobboldalait is egymással: v1 = v2 75

Ezt a második egyenletbe helyettesítve: 1 · v1 = 3 · v 1; v 1 -gyel egyszerűsítve: 1=3 Ez pedig lehetetlen. Lehetetlen tehát az a kiindulási feltevésünk, hogy ha 1 pénzdarabbal ütünk, 3 ugrik el. Ellenben ha azt tételezzük fel, hogy 3 pénzd arabbal ütve 3 pénzdarab ugrik el, akkor az előbbi levezetés ered ményeképpen 3=3 igazság jön ki. Ebből láthatjuk, hogy a természet két általános törvényéből következik az, hogy csak annyi pénzdarab ugorhat el a sor végéről, ahánnyal lökünk az elején. Ez a kis számításos meggondolás még azt is mutatja, hogy v1 = v 2 . azaz az elugró pénzdarab sebessége ugyanakkora, mint az ütő pénzdarab sebessége (ha a két pénzdarab tömege egyenlő egymással).

76

KÍSÉRLETEK A MOZGÁSOK KÖRÉBŐL EGYENLETES MOZGÁS. LEJTŐN MOZGÁS Az asztalon guruló golyó sebessége a) Mekkora utat, hány cm-nyi távolságot tesz meg az asztallapon guruló golyó egy másodperc alatt? Hogyan tudnánk ezt megmérni? Egy deszkalapot, például rajztáblánkat könyvek segít ségével lejtősen feltámasztjuk. A deszkalapról golyót engedünk legurulni. Kísérleteinkre kitűnően megfelelnek a kisebb-nagyobb acél csapágygolyók.

42. ábra. Így mérjük meg az asztallapon guruló golyó sebességét. Mindenekelőtt egy időmérőt készítünk. Időmérőnk a fonálinga lesz. Az ábrán látható módon meghajlított vastagabb drótot jó szorosan üvegbe erősítünk be. Ennek a végére erősítjük a körülbelül 50 cm hosszú fonálingát (42. ábra). Balkezünkkel az inga lengésének ütemében koppant juk a ceruzavéget az asztallaphoz – ezek lesznek az idő77

jelek – jobb kezünkkel, illetve egy kis falemezzel pedig egy golyót tartunk a lejtődeszkán. A golyót egy koppa nással egyidejűleg eleresztjük és figyeljük, hogy mikor koppan a golyó az asztallaphoz; általában nem akkor, amikor a második időjel koppan. A golyót hol magasabbról, hol alacsonyabbról engedjük legurulni. Így próbálkozunk mindaddig, amíg egyszer csak az időjelkor eleresztett golyó a következő időjelkor ér az asztallapra. Most a golyó az asztallapon gurul tovább. – Az a kérdés, hogy milyen messzire fog elgurulni a következő idő jelig? Ezt úgy tudjuk meg, hogy a golyó útjába egy ütköző fadarabot tartunk. A golyó hangosan hozzá koppan. – Most addig változtatjuk az ütköző fadarab távolságát, amíg az ütközés pontosan a következő időjelkor követ kezik be. Tehát golyónk az inga egy lengése alatt lefutott a lejtőről, a másik lengés alatt pedig elfutott az ütközőig. Mérjük meg a távolságot a lejtő végétől az ütközőig centiméterekben! Nevezzük ezt a távolságot útnak! Legyen ez kísérletünkben 10 cm! Az inga lengésidejét (két időjel közt eltelt időt) pedig már meg tudjuk mérni óra segítségével. Legyen ez kísér letünkben 0,5 másodperc! Akkor a gol yó sebessége

cm másodper -

cenként b) Mekkora utat fut be a golyó két ingalengés alatt? Tegyük az ütköző fadarabot olyan messzire a lejtő lábától, hogy a golyó az asztallapra érés után ne egy lengés idejéig guruljon, hanem két lengés idejéig! A golyó eleresztésekor azt mondjuk: null; a következő időjelkor: egy; és így számoljunk tovább: kettő, három… 78

Azt látjuk, hogy a golyó az asztallapon két lengés ideje alatt kétszer akkora utat fut be, mint egy lengés ideje alatt. Azt mondjuk, hogy a golyó változatlan sebes séggel gurul, egyenletesen mozog. Verseny: ki az ügyesebb kísérletező? Az előző kísérlet igazán egyszerű. Csak azt kellett megmérni, hogy az inga egy idő jele alatt milyen messzire gurult el a golyó az asztallapon, a lejtő aljától számítva. Ezt lehet pontosan vagy kevésbé pontosan meg állapítani. Nagyon egyszerűen meg lehet mondani, hogy kinek az eredménye legpontosabb, ki a legjobb megfigyelő, ki a legügyesebb kísérletező. Jelöljük meg a lejtőn krétával azt a magasságot, ahonnan az egyes versenyzők elindították a golyót! Mérjük meg, hogy ettől a jeltől hány cm-re van a lejtő alja, ahol a golyó az asztalra ér! Ha valaki pontosan végzi a mérést, akkor a golyó útjának az asztallapon pontosan kétszer akkorának kell lennie, mint a lejtőn megtett útnak – ha mindkét utat egy ingalengés ideje alatt teszi meg a golyó (43. ábra).

43. ábra. Ugyanannyi idő alatt a golyó az asztallapon kétszer akkora utat fut meg, mint amekkorát a lejtőn befutott. 79

Hogyan gurul a golyó a lejtőn? Az előző kísérletben azt láttuk, hogy a golyó a vízszintes asztallapon úgy gurul, hogy 2, 3 ingalengés ideje alatt (2, 3 időegység alatt) 2-szer, 3-szor olyan messzire gurul el, mint 1 időegység alatt – egyenletesen halad. Vajon a lejtőn is így gurul, mozog a golyó? Ezt a kérdést is könnyű, nagyon e gyszerű kísérlettel megvizsgálni. Szerezzünk egy sima deszkalapot! Raj ztáblánk is jó. Osszuk be a hosszát 9 egyenlő részre! Az első, a negyedik és kilencedik beosztást jelöljük meg krétavonással (ceruzavonással) a deszkán! A deszka végéhez tegyünk valami ütközőt (pl. tolltartót), hogy a golyó neki koppanhasson! (44. ábra.)

44. ábra. A lejtőn guruló golyó 9-szer hosszabb utat 3-szor több idő alatt fut be. Egy kis falappal tartsuk a 9-es vonalon a golyót! Számoljuk hangosan az inga lengéseit (vagy koppantsuk): három, kettő, egy, null, egy, kettő, három. A null-ra rántsuk el a golyó elől (a golyó mozgási irányában) a lapot. A golyó a lapon legurul, egyre sebesebben és az ütközőhöz ütközik. A lejtőt úgy állítsuk be a támasz tologatásával, hogy a golyó pontosan a harmadik ingalengés végére koppanjon az ütközőhöz! Egy kis próbálgatás után si kerül. 80

Most elkezdhetjük kísérleteinket. a) Állítsuk a golyót az 1 jelzésű vonalhoz! Három, kettő, egy, null határozott rövid szavakkal számoljuk az inga lengéseit! »Null« számoláskor eresszük el a golyót! A következő »egy« számoláskor fog pontosan az ütkö zőhöz koppanni. Ha nem pontosan koppan, rosszul eresztet tük el a golyót. Golyónk tehát a lejtőn 1 időegység alatt egységnyi útszakaszt fut be. b) Állítsuk most a golyót a 4 jelzésű vonalhoz. Ismét úgy számoljunk az ingalengés ütemében, mint előbb és »0«-ra engedjük el a golyót! …»1«…»2«. A golyó pontosan a »2« számolásakor fog az ütköző höz koppanni. Golyónk a lejtőn 2 ingalengés (két időegység) alatt 4 egységnyi útszakaszt fut be. c) Azt pedig már a lejtő beállításakor megfigyeltük, hogy 3 időegység alatt kilenc útszakaszt fut be a golyónk. Összefoglalva: a lejtőn mozgó test 2-szer, 3-szor több idő alatt 4-szer, 9-szer nagyobb utat tesz meg, mint az első időegység alatt. Hogyan lesz ebből versenyjáték? Úgy, hogy nem jelöljük meg a lejtőn a távolságokat. (Ha már meg lennének jelölve, sima papírlapot rajz szegezünk föléjük.) A versenyzőknek rendelkezésére bocsátjuk a lejtőt, az ingát, meg a golyót, az egész felszerelést. A feladat ez lesz: eresszétek le a golyót a lejtőn különböző magasságokból! Figyeljéte k az ingalengést! Próbálgatással keressétek ki a lejtőn azokat a helyeket, ahonnan eleresztve a golyó pontosan 1, illetve 2, illetve 3 időegység (ingalengés) alatt érkezik a lejtő alsó végéhez, illetve koppan az ütközőhöz! Amikor egy-egy versenyző gondos kísérletek, próbálkozások után megjelölte ezeket a pontokat, megmérjük azok távolságát a lejtő alsó végétől. 81

Ki nyeri a versenyt? Az, akinek a lemért távolságai legjobban megközelítik az 1:4:9 arányt. Ennek kiszámítása egyszerű, pl. egy esetben ezeket a távolságokat mértük: 7, 21, 60 cm. Osszuk végig az adatokat az első számadattal, a 7 -tel, akkor 1 : 3 : 8,6 arányt kapjuk az utakra nézve. Egy másik versenyző esetén pedig (más ingahossz, más lejtőállás) 12, 40, 84 cm adatokat. Osszunk megint az első számmal végig, akkor 1 : 3,3 : 7 arányhoz jutunk. Lássuk, az első hibáját: 4 helyett az adata 3 ez

= 25% hiba

9 helyett az adata 8,6, = 4,4% hiba ————————— Összesen 29,4% A második hibája: 4 helyett az adata 3,3, ez

= 17,5 % hiba

9 helyett az adata 7,

= 22,22% hiba

ez

———————————— Összesen 39,72% Az első mérési eredménye jobb. 82

A nehéz vagy a könnyű szán csúszik sebesebben a ródlipályán? Ehhez a kísérlethez nagyon sima lapra van szüksé günk. Szerezzünk egy üveglapot! Kitűnően megfelel például egy 20-25 cm hosszú, 10-15 cm széles üvegcsík, üvegszél, amit az ablakok beüvegezésekor szoktak lemet szeni az üvegtáblából. – Vagy kitörött, kiszedett ablaküvegből vághatunk ilyen üveglapot. Még egyéb kísérletek ben is jó hasznát vesszük. – Végső szükség esetén, de csakis szülői engedéllyel, segédlettel és felügyelettel, a mosdók felett szokásos polc üveglapját is használhatjuk. Támasszuk fel lejtősen az üveglapot valami biztos alátéttel, pl. könyvvel! Időmérő ezekhez a kísérlete khez nem szükséges. Üveglapunk lesz a ródlipálya. A nehéz és a könnyű szánt egy nagyobb és egy kisebb acélgolyó képviseli (45. ábra). Akasszuk meg a két golyó lecsúszását az üveglap felső végéről egy vonalzóval! – Rántsuk le előlük a vonalzót! Mit gondolunk, melyik golyó fog sebe45. ábra. sebben csúszni a lejtőn? Azt hiszem, mindenki Ha két különböző súlyú acélgolyót egyszerre eleresztünk, egyszerre érnek az biztosra veszi, hogy a asztallapra. nagyobb, a nehezebb golyó. Figyeljük az egyre sebesebben csúszó golyókat: teljesen egyformán, egyszerre mozognak! Próbáljuk meg akárhányszor, mindig erre az er edményre jutunk, hacsak a golyókat nem löktük meg eleresz téskor a vonalzóval és sikerült őket egyszerre útnak indítani. 83

A lejtőn lecsúszó test mozgása, a szán mozgása, a kerékpáros mozgása nem függ a mozgó test súlyától. Hát elhinnénk, hogyha egy 80 kg -os apa és egy 35 kg-os fiú ül egy-egy ugyanolyan gyártmányú kerékpáron és mindkettő szabadon-futózva legördül egy lejtős úton – mindkettő azonos sebességgel mozog és egyszerre érnek le a lejtő lábához? Ez az eredmény – a valóság – annyira érdekes és szokatlan, hogy kissé meg kell magyarázni és akkor azon nal érthetővé, sőt természetessé lesz. Az természetesnek látszik, hogy két egyenlő nagy acélgolyó együtt mozog, hiszen mindkettőt ugyanakkora erő mozgatja. Együtt mozog három egyenlő nagy acélgolyó is. De képzeljük el, hogy a három közül két golyóból egy golyót készítünk. A mozgató erő megmarad – kétszer akkora, mint az egy golyót mozgató erő – igaz, hogy a golyó tömege kétszer akkora lett, mint egy golyóé, de mivel a mozgató erő is kétszer akkora, azért egy golyónyi anyagmennyiségre most is akkora mozgató erő hat, mint egyetlen golyó esetén. Ezért mozog a lejtőn egyszerre a nagyobb tömegű és a kisebb tömegű test. Ismét egy versenyjáték Üveglapra tett két golyó – most mindegy, hogy milyen – lehetnek egyenlők is, nem egyenlők is. Azt tudjuk, hogy ha egyszerre eresztjük őket, egyszerre érnek le a lejtő aljához. Most nem az eléjük tartott vonalzó elrántásával indítjuk őket, hanem úgy, hogy két kezünkkel tartjuk a két golyót és egyszerre próbáljuk a golyókat elengedni (46. ábra). Ha egyszerre engedtük el őket, egyszerre érkeznek a lejtő aljához, – de így elereszteni őket két kézzel, csak ritkán sikerül. 84

46. ábra. Nagyon ritkán sikerül két kezünkkel a két golyót úgy elereszteni, hogy egyszerre érjenek a lejtő aljához. A versenyzők mindegyike tegyen tíz-húsz indítási kísérletet. A nyertes az, akinek legtöbbször sikerült az együttgurulást megvalósítani. A SZABADESÉS Hogyan mozog a szabadon eső test? Készítsünk 25 cm hosszú fonálingát! Mialatt az inga egyik szélső helyzetből a másik szélső helyzetbe jut, fél másodperc telik el. Figyeljük az ingát és mondjuk lengésének ütem ében röviden: tak-tak-tak-tak. Így fél másodpercnyi időközöket tudunk mérni. Két tak-tak között fél másodperc telik el (47. ábra). 1. Kísérlet. Mennyit esik fél másodperc alatt? Mérjünk le a falon 1 m 25 cm magasságot! Tegyünk oda jelet! A jel magasságából ejtünk majd le kődarabot, acélgolyót, radirgumit, vagy más megfelelő tárgyat, ami nek koppanását jól halljuk. Mondj uk a fél másodpercek ütemében: tak -tak-tak 85

és pontosan az egyik tak-kal egyidőben ejtsük le a testet! Pontosan akkor fog a padlóhoz koppanni, amikor a következő tak elhangzik, vagyis fél másodperc múlva. Nyújtsuk fel karunkat vagy álljunk székre és így ejtsük magasabbról a testet! Azt vesszük észre, ha jól figyelünk és pontosan eresztettük el a t est et , hogy ne m a következő tak szóval 47. ábra. egy időben koppan a A szabadon eső test ½ mp alatt földre, hanem valamivel 1 m 25 cm-t esik. később. (Ezek kitűnő kísérletek megfigyelőképességünk ellenőrzésére és kipróbálására.) 2. Kísérlet. Mennyit esik 1 másodperc alatt? Mérjünk ki a falon az emeleti ablakig vagy padlás feljárón 5 m magasságot! Az előbbi módon ejtsünk ebből a magasságból szaba don egy testet, miközben az ingánkat figyelve fél másod percenkint hangoztatjuk: tak-tak-tak! Azt találjuk, hogy pontosan két fél másodpercig tart az útja. A szabadon eső test az első másodpercben 5 métert esik. Láttuk, hogy

mp alatt 1,25 métert esik, 1 mp alatt 5 métert esik.

Az 5 m az 1,25 m-nél négyszer több. Kimondhatjuk, hogy: a szabadon eső test kétszer több idő alatt 4 -szer 86

(2 · 2), háromszor több idő alatt 9-szer (3 · 3) akkora utat tesz meg, mint az első időegység alatt. Észrevehető, hogy a szabadon eső test mozgásának törvénye ugyanaz, mint a lejtőn mozgó golyóé. – Ez természetes is, hiszen ha a lejtőt függőlegesen állítjuk, akkor a lejtőn történő mozgás szabadesésbe megy át. 3. Kísérlet. Egyformán esnek-e a különböző súlyú testek? Azt már láttuk, hogy a lejtőn egyszerre mozog a nagy és a kis golyó. – Ebből következik, hogy egyszerre kell szabadon esniök is. Tegyünk valamilyen lapra (deszka, keménypapír) egy nagyobb követ és egy kisebb követ (nagyobb golyót, kisebb golyót). Rántsuk el hirtelen aló luk lefelé a lapot (48. ábra). Azt vesszük észre, hogy pontosan egyszerre koppannak a földre. (Miért ne ejtsük úgy le a két testet, hogy egyiket egyik kezünkkel, a másikat a másikkal tartjuk, és egyszerre engedjük el őket? – Sikerül-e így a kísérlet?) Melyik marad tovább a levegőben? Ábránkon 20 m magas fát látunk. Dobjunk fel egy követ úgy, hogy éppen a fa csúcsáig érjen! (49. ábra.) Pál a fa tövében áll és függőlegesen hajítja fel a követ. Péter távolabb áll a fától és messziről dobja át a követ a fa csúcsa felett. Az a kérdés, hogy

48. ábra. Egy nagyobb és egy kisebb kődarab alól rántsuk lefelé a lapot! A két kő egyszerre esik, egyszerre ér földet. 87

melyik kő ér fel előbb a fa csúcsához, melyik kő marad hosszabb ideig a levegőben? Egészen bizonyosan azt gondoljuk, hogy Pál köve ér fel rövidebb idő alatt a fa csúcsához és Péter köve marad tovább a levegőben. Ezt súgja az érzésünk és a »józan eszünk«.

49. ábra. Mindkét kő a fa csúcsmagasságáig jut. Melyik marad tovább a levegőben? Vitával aligha jutnánk bizonyosságra. De egy kísér let pillanat alatt eldönti a kérdést. Képzeljük magunkat fenn az A pontban! Onnan függőlegesen leejtünk egy kavicsot, a másikat me g vízszintes irányban eldobjuk. Ha ezek egyszerre esnek a földre, akkor a földről odadobott kavicsok is egyenlő idő alatt érnek fel. Szükségünk van egy 8-10 cm hosszú könnyű fa vagy kemény papírlemezre és két kavicsra vagy fém darabra. Álljunk fel magasabb helyre, pl. az asztal tete jére! 88

Tegyük a lemezt kinyújtott ujjunkra az 50. ábra szerint! A lemez két végére pedig tegyünk kavicsokat vagy vasdarabokat. Most másik kezünk ujjával lökjük oldalt, vízszintes irányban az egyik kavicsot. Ebben a pillanatban a könnyű léc másik végére tett kavics is esni kezd függőleges irányban lefelé. Melyik kavics marad tovább a levegőben?

50. ábra. A kavicsok egyszerre koppannak a földre. Ezt könnyű megállapítani, csak a koppanásukra kell figyelni. Amelyik kavics később koppan a padlóhoz, annak mozgása hosszabb ideig tartott, az maradt tovább a levegőben. Hallgassuk tehát a kavicsok koppanását. Azt halljuk, hogy a kavicsok pontosan egyszerre koppannak a padlóhoz, akárhányszor ismételjük is meg a kísérletet. Ez meglepő és érdekes tapasztalat. Gondoljuk csak át az eredményt: az ellökött kavicsnak oldal irányban is kellett mozognia, meg függőleges irányban is kellett esnie. 89

Mennyi idő alatt végezte el a függőleges irányú moz gást? Pontosan annyi idő alatt, mint az a másik kő, amely nek nem volt más dolga, csak az, hogy szabadon essék. Ha tehát egy testnek (az oldalt ellökött kavi csnak, a Péter által ferdén elhajított kőnek) egyszerre kétféle mozgást kell végeznie, akkor mindkét mozgást elvégzi úgy, mintha a másik mozgás ott sem volna. Pl.: éppen úgy esik szabadon, éppen úgy emelkedik függőlegesen, mintha nem is kellene közben oldalt mozognia. Ez a mozgások függetlenségének elve vagy törvénye a fizikában. Most már megfelelhetünk a kérdésre: Péter és Pál köve egyszerre érkezik a fa csúcsához, Péter és Pál köve egyenlő ideig marad a levegőben. Ugyanis az előzőek értelmében a Péter ferde irányban elhajított köve a függőleges irányú mozgását éppúgy végzi, mint a Pál köve. Egyszerre érik a fa csúcsát, egyszerre esnek a földre. Ez érdekes esés! Fogadni is lehet! Állítsunk egy szűknyakú edényt, pl. borosüveget (csövet) a padlóra! A feladat az lesz, hogy 1 -2 méter magasból első próbára beleejtsünk egy testet az üvegbe (a csőbe), ha az illető test éppen csak belefér a nyílásba! (51. ábra.) Legkönnyebben literes üveghez jutunk hozzá. A leej tett test lehet gömbalakú apró burgonya vagy radír gumiból kivágott gömb, kocka vagy bármely más test, ami nem töri össze az üveget. Ezen a kis burgonyán vagy radírgumi -gömbön át cérnát fűzünk, vagy még egyszerűbb, ha gombostűt szúrunk bele és ehhez kötjük a cérnát. A szekrény tetejére lapjával lefektetjük a vonalzón kat, könyvekkel jól leszorítjuk. A vonalzó oldalába finom kis bevágást vágunk. A testet most felfüggesztjük úgy. hogy a cérnaszál a vonalzó kis bevágásában legyen, azután 90

annyira leeresztjük a cérnaszálon, hogy éppen belelógjon az odaállított edény nyílásába. Miután így beállítottuk az eszközt, húzzuk fel a testet a cérnaszálnál fogva (a cérnaszál maradjon a bevágásban)! Elég a cérna végét egyszer körül tekerni a vonalzón és a test megáll. Gyújtsunk meg egy gyufaszálat, égessük el a cérnát a test felett. – A leeső test pontosan beleesik a szűk nyí lásba. (A kísérletben 1,5 cm nyílású üveget, 1 cm átmérőjű radír gumit használtam. Első beállításra 2 m magasból beleesett az üvegbe.) Amikor a test a nyílásban függött, a cérnaszál, mint függőón, pontosan mutatta a függőleges irányt. Mivel a test beleesett a nyílásba, ebből következik, hogy a szabadon eső test függőleges irányban (a Föld

51. ábra. A felfüggesztett tárgyat vagy átfúrjuk, vagy gombostűt tűzünk bele és ehhez kötjük a cérnát. középpontja felé) esik.

Hány méter magasra tudunk feldobni? Miközben dobunk, nyilazunk, parittyázunk, magasra száll az eldobott kő, az elrepített tárgy. Látunk egy magas fát, érdekel, hogy hány méter magas lehet? – Minderre könnyen megfelelhetünk. 1. A módszer. Erkélyem magassága. Negyedik emeleten lakom. Egy kavics leejtésével akartam meghatározni, milyen magasan vagyok. Magam elé tettem a 25 cm hosszú fonálingát és olvastam lengéseit: null, egy, kettő, három. 91

A »null«-ra leejtettem a kavicsot, koppanása pontosan a »négyre« következett be. Tehát olyan magasan vagyok, ahonnét a szabadon eső test 4 fél másodperc alatt ér le. Magasság = 4 · 4 · 1,25 = 1,25 · 16 = 20 m. 2. A feldobott kő magassága. A kő feldobásától kezdve leeséséig számoljuk a fél másodperceket. Tegyük fel, hogy tíz fél másodperc telt el azalatt, amíg a kő felemelkedett és visszaesett. Az esés ideje 5 fél másodperc volt. Ezalatt megtett 5 · 5 · 1,25 = 31,25 m utat. A követ kereken 31 m magasra dobtuk. 3. Egy torony, egy fa magasságának megmérése. Vidéken sokszor voltam már abban a helyzetben, hogy igen magas fákat láttam, gyönyörű egyenes törzsű fenyőket és arra gondoltam, elég magas lenne -e ennek törzse egy hatemeletes ház építkezéséhez állványnak? Jó lenne tudni a magasságát méterekben! Az előző pont alapján könnyű megállapítani. Egy követ dobunk a csúcsán keresztül, megmérjük, hány fél másodpercig repül, ennek az időnek felét vesszük és kiszámítjuk, hogy ennyi fél másodperc alatt mennyit esik a szabadon eső test (52. ábra). Azt már t udj uk, hogy a függőlegesen megtett utat egyáltalában nem befolyásolja az, hogy a kő oldalirányban is halad. De hogyan mérjük a szabadban az időt? Ha másodperc-mutatós 52. ábra. óránk van, akkor egyszerű Egy fa magasságát kődobással a fél másodpercek is megmérhetjük. számlálásának ütemét 92

megállapítani. Ha pedig, nincs óránk, akkor a 25 cm -es fonálingát készítjük el. De honnan vegyünk fonalat és hogyan állapítjuk meg a 25 cm-t? Fonál helyett szolgálhat fűszál, faháncs. A 25 cm -t pedig bármikor előállíthatjuk, ha megjegyezzük, hogy araszunk hosszát hány ujj szélességgel kell megtoldani, hogy 25 cm távolságot kapjunk. Megmérjük a repülő nyílvessző vagy lövedék sebességét Halad-e a kilőtt nyílvessző, légpuskánk lövedéke vagy rúgós játék pisztolyunk lövedéke olyan sebesen, mint a gyorsvonat vagy a repülőgép? Hány méter utat tesz meg a nyílvessző, a lövedék 1 mp alatt? Ehhez a méréshez semmi egyébre nincsen szükségünk, mint egy centiméter, illetve méterosztályzatra. Még idő mérőre sincs szükség! 1. A nyílvessző vagy játékpisztoly-lövedék sebessége. Álljunk egy távolabbi fallal szembe. Jelöljünk meg a falon egy helyet, amely a földszíntől ugyanolyan magasságban van, mint íjunk vagy a pisztolyunk csöve, tehát a lövő szerszámunkat a megjelölt hellyel összekötő egyenes vízszintes!

93

Célozzuk meg pontosan ezt a megjelölt helyet! A nyílvessző, a lövedék nem a jelölt magasságban éri a falat, hanem alatta, mert vízszintes irányú haladás közben függőleges irányban is esik a lövedék. Távolodjunk mindaddig a faltól, amíg a lövedék éppen 1 m 25 cm-rel a megjelölt hely alatt üti meg a falat. Akkor tudjuk, hogy pontosan fél másodperc múlt el azalatt, amíg a lövedék a kilövési helytől a falig ért. Ez alatt azt a távolságot repülte be, amennyire a fal van tőlünk. Egy másodperc alatt pedig kétszer akkora távol ságot tett volna meg a lövedék. Például egy rúgós játék pisztoly esetén a faltól 10 m távolságra kellett elmenni, hogy a lövedék ½ mp múlva a cső tengelyiránya alatt 1,25 m-rel érje a falat. A l övedé k sebessége = az 1 mp al at t me gt et t út = = 20 m másodpercenként. Egy nyílvessző esetén pedig 23 m távolságból érte a vessző a falat 1 m 25 cm-rel a nyílvessző tengelyének iránya alatt. Ezért a nyílvessző sebessége 46 m volt másod percenként. 2. Légfegyver golyójának sebességét ugyanúgy határozzuk meg (54. ábra). Nem kell ragaszkodnunk ahhoz, hogy olyan messzire távozzunk a faltól, hogy a lövedék esése éppen 1 m 25 cm legyen. Kisebb esésmagasságok megfigyelése alapján is célhoz érünk, ha tudjuk azt az időt, amely alatt ez az esés bekövetkezett. A kisebb esésekhez tartozó időket az

53. ábra. Mindenféle lövedék röptében szabadon esik. 94

alábbi táblázatból olvashatjuk ki: SZABADESÉS Az esés magassága cm

5

10

20

| 30

40

50

80

100

125

Az esés ideje mp

0,1

0,14

0,2

0,25

0,28

0,32

0,4

0,45

0,5

Például azt tapasztaljuk, hogy a légfegyver golyója a cső tengelyvonala alatt 20 cm-rel üti meg a 30 m-nyire lévő falat. A táblázat azt mutatja, hogy 20 cm-es eséshez

54. ábra. A légfegyvergolyó sebességének megmérésére az irányzót úgy állítjuk be, hogy a cső tengelyvonalát mutassa. Ebben az esetben egy távolabbi deszkafal megcélzásakor az irányzék a tengely és a fal metszési pontját mutatja meg és könnyű a találat helyének ettől számított függőleges távolságát megmérni. Hogy az ábrán mutatott beállítást elvégezhessük, a fegyvercsövet szilárdan befogjuk. Azután átnézünk a csövön és egy távolabbi falon megjelöljük azt a vízszintes vonalat, amely a csőnyílás látóköre közepén megy át. Ezután az irányzék emelhető, süllyeszthető bevágását úgy állítjuk, hogy az irányzó éppen ezt a vízszintes vonalat célozza. 0,2 mp-re van szüksége a golyónak. De 20 cm-t a golyó azalatt esett, mialatt megtette a fegyver szájától a 30 méter távolságban lévő falig terjedő 95

utat. Tehát a golyó vízszintes irányban 30 m-t 0,2 mp alatt tett meg. A golyó sebessége v

150m/mp

Az elhajított kő sebessége Ha valaki megkérdezné tőlünk, hogy mekkora sebes séggel repülhet a kő, amelyet elhajítunk vagy a kavics darab, amelyet gumipuskánkból kilövünk, be kellene valla nunk, hogy megközelítőleg sem tudjuk. Az elhajított kő sebességét függőleges irányú hajítás sal állapíthatjuk meg. Hajítsunk függőleges irányban fölfelé egy követ és figyeljük meg, hogy az elhajítás pillanatától számítva hány fél másodperc (vagy egész másodperc) múlva koppan a földhöz! Mondjuk, 12 fél másodperc múlva. Akkor a kő emel kedése 6 fél másodpercig, 3 mp-ig tartott. Az eldobás pillanatában a kő sebessége 3 · 10 = 30 méter volt másodpercenként. Eszerint a függőlegesen elhajított kő sebességét úgy számítjuk ki, hogy az emelkedés másodperceinek számát megszorozzuk 10 méterrel. Miért így? Magyarázat: A függőlegesen fölfelé hajított kő egyre lassabban, egyre kisebb sebességgel emelkedik, végre egészen megáll. A mienkhez hasonló kísérletekkel meg lehet állapí tani, hogy a függőlegesen fölfelé hajított test sebessége minden másodpercben kereken 10 m-rel csökken. Ha tehát például 3 mp -ig emelkedett a test, azaz 3 mp alatt fogyott el a sebessége, akkor kezdetben 3·10 = 30 méternek kellett lennie a mp-enkénti sebességnek, mert ez lesz 3 mp alatt zérussá, ha minden mp -ben 10 m-t elveszünk belőle. Természetesen ugyanígy lehet függőleges irányú lövés sel a nyílvessző, a rúgós pisztolyból kilőtt pálca sebességét 96

is meghatározni, mert látjuk a lövedékeket és látjuk, mikor esnek a földre. A légfegyver lövedékét nem látjuk. Függőleges irá nyú lövéssel meg lehet mérni a sebességét. Hogyan? (Víz partjára állunk és a csendes vízfelszínen megfigyeljük a visszaeső lövedék által keltett hullám gyűrűket és észre vesszük, melyik pillanatban esik a vízbe a lövedék.) Megjegyezzük, hogy mindezek a mérések csak meg közelítő értéket adnak, mert a levegő ellenállására nin csenek tekintettel.

97

Hogyan tudjuk az így mért sebességeket összehasonlítani a gyorsvonat sebességével? 1. Ha függőleges irányban fel dobunk egy követ és a kő 6 mp múlva ér földet, akkor 3 mp -ig esett, ez alatt 3 · 3 · 5 m = 45 m utat tett meg. A kő tehát 45 m magasra emelkedett. (Ez 11 emeletes ház magasságának felel meg.) Mekkora volt a kő feldobási sebessége? 3·10 = 30 m másodpercenként. Ha ezt a követ nem függőlegesen, hanem vízszinte sen hajítottuk volna el, haladt volna -e olyan sebesen, mint a gyorsvonat? Lássuk csak! A gyorsvonat sík pályán óránként 72 km utat is megtesz. Könnyű kiszámítani, hogy akkor 1 mp alatt 20 m utat tesz meg. (72 000 m : 3 600 mp = 20 m/mp.) A gyorsvonat sebessége 20 m mp -ként. A 45 m magasra hajított kő sebessége 30 m mp -ként. Tehát elhajított kövünk sebessége nagyobb, mint a gyorsvonat sebessége. 2. Ha egy követ a gyorsvonat sebességével 20 m/mp enkénti sebességgel hajítanánk függőlegesen felfelé, akkor függőleges irányú sebessége 2 mp alatt fogyna el (mert másodpercenként 10 méterrel csökken a sebesség). Ezért a test 2 mp-ig emelkedik, de ugyanannyi ideig esik is. 2 mp alatt a szabadon eső test 2 · 2 · 5 = 20 m utat tesz meg. Tehát ha a gyorsvonat sebességével hajítanánk fel függőlegesen egy követ, a kő csak 20 m magasra emelkednék! Pontosan megmérjük a szabadon eső test útját és esési idejét Már a 86. oldalon megmértük, hogy a szabadon eső test mekkora utat tesz meg az első másodpercben. De ez a mérés nagyon pontatlan volt; éppen csak tájékozódásra alkalmas eredményt adott. 98

Most egy nagyon egyszerű módszert mutatunk. Ennek segítségével válóban pontosan tudunk mérni (55. ábra). Szükségünk van körülbelül 1 m hosszú lécre. A lécet a végéhez közel fúrjuk át, hogy a lyukon át majd szeget

55. ábra. Készülék a szabadesés útjának és a hozzátartozó időnek pontos meghatározására. verhessünk az ajtófélfába és a szög körül, mint tengely körül szabadon lenghessen a léc. A lécnek a rajz szerinti élére írópapír-csíkot fektetünk, föléje pedig másolópapírt (indigópapírt, a gépírók használják másolatok készítésére). Az egymás ra fektetett papírokat a léchez rajzszegezzük. A papírokra azért van szükség, mert az eső test majd nekiütközik a léc oldalá nak és nyomot hagy a papíron, így megjelöli a helyet, hogy meddig esett, mialatt a léc lengése közben a szélső, helyzetből a nyugalmi helyzetbe jutott. 99

Miután a lécet úgy akasztottuk fel a szegre, hogy szabadon lenghessen, nagyon pontosan meg kell mérnünk a lengés idejét. Tudjuk, a mérés úgy történik, hogy sok lengés idejét olvassuk le zsebóránk másodpercmutató járól. Például azt találjuk, hogy mialatt 30-szor ment egyik szélső helyzetéből a másik szélső helyzetbe, 24 mp múlik el. Akkor egy lengésre esik 24 : 30 = 0,8 mp. Ezért a szélső helyzetből a függőleges állásba 0,4 mp alatt jut. Az eső test olyan legyen, hogy határozott nyomot hagyjon a lécoldalon. Lehet például fémgömb, de még alkalmasabbat készíthetünk magunknak az ábra szerint. Egy körülbelül 5 cm hosszú fahenger aljára csavarral kör alakú fémlemezt erősítünk. Ennek a fémlemeznek a széle a lécet borító papírhoz ütődik és nyomot hagy rajta. Függesszük fel az eső testet cérnaszálra! Ezt a cérnaszálat egy kis lécdarabon vetjük át. A lécdarabot is az ajtófélfához szegezzük. Az eső testnek úgy kell függnie a cérnaszálon, hogy éppen érintse a léc oldalát, ha a léc függőleges állásban van. Ennek pontos megvalósítása lényeges feltétele a jó eredménynek. A cérnaszálat tovább vezetjük, egy másik lécdarabkán vagy szegen vetjük át, azután a lécbe vert szeghez kötjük. Az ábra szerint kikötjük vele a ferdén álló lécet. Az eső test fémkarimáját a léchez nyomjuk. Ott a nyom jelzi, hogy honnan kell számítanunk a test esését. A cérnaszálat akárhol meggyújtjuk. A test esni kezd, a lécinga pedig elkezdi lengését; abban a pillanat ban, amikor a nyugalmi helyzetbe ér, nekiütközik az eső test. Az ütközés helyét felismerjük az újabb nyomró l. Mérj ük le a lécen a két nyom közötti távolságot ! Ez lesz a szabadon eső test útja. Ekkora utat tesz meg a szabadon eső test annyi idő alatt, mialatt a lécinga szélső helyzetéből függőleges helyzetbe jut. Felvett példánkban, ahol az időre 0,4 mp-et mértünk, legyen a két jel közötti távolság 79 cm. Akkor a további számítás így megy: 100

0,4 mp alatt 79 cm-t esik, az a kérdés, mennyit esik 1 mp alatt? Mivel 1 mp a 0,4 mp-nél

= 2,5 -szer több, azért

a test 2,5-szer több idő alatt 2,5 · 2,5 · 79 = 493,7 cm-t esik. (Még pontosabb módszerekkel 490,5 cm értéket nyer tek a fizikusok.) Van-e súlya az eső testnek? Az első érdekes kérdés. Ha ujjunkra 10 kg súlyt helyezünk, érezzük, hogy erősen nyomja ujjunkat, van súlya. Tegyük fel, hogy a 10 kg-os egy repülőgépben nyomja ujjunkat. A repülőgép szabadon esni kezd. – Nyomja-e most is ujjunkat az ujjunkon levő szabadon eső 10 kg-os? Ha nem 56. ábra. nyomja, akkor nincs Nyomja-e a 10 kg akkor is ujjunsúlya (56. ábra). kat, ha repülőgépben ülünk és szaKísérletek alapján badon esni kezdünk? felelhetünk. 1. Kísérlet. Egy deszkalapot zsineg segítségével vízszintes helyzetben felfüggesztünk az ajtórámára (57. ábra). Tegyünk a deszkalapon egymás fölé két féltéglát ! A féltéglák közé legyünk újságpapírból kivágott hosszú szalagot! Próbáljuk kihúzni a papírszalagot a féltéglák közül – nem sikerül, a tégla súlya annyira szorítja a papírlapot, hogy inkább elszakad a papír. 101

Feszítsük meg most kissé a papírlapot és közben messük el a felfüggesztő zsineget. A téglák eleresztik, nem szorítják össze súlyukkal a papírszalagot, úgyhogy a papír sértetlenül szabadul ki közülük. Tehát az eső téglák nem nyomják a papírt, nincs súlyuk.

57. ábra. Ha húzzuk a papírlapot, elszakad. Ha elmetsszük a felfüggesztő zsineget, magától kijön a papírlap. A második érdekes kérdés. Ha parafadugót egy pohár víz fenekére merítünk, aztán eleresztjük, azonnal a víz felszínére bukik. Ha egy súlyos vasdarabot teszünk a víz tetejére, azonnal alámerül. A kérdés a következő: a szabadon eső pohár vízben is alámerül-e a vasdarab? Vagy: a szabadon eső pohár vízben is felszínre bukkan-e a parafadugó? (58. ábra.) Bizony ezek is nehéz kérdések, el lehetne sokáig vitat kozni róluk – és talán még akkor sem lenne biztos a felelet. Egy kísérlet alapján erre is biztosan megfelelhetünk. 102

2. Kísérlet. Szükségünk van egy üres Vim vagy Flóra s úrolóporos papírhengerre. Az egyik vége nyitott legyen! A doboz fene kére egy kis gyertyát ragasztunk. Aki nem sajnálja a fárad ságot, az a doboz oldalára egy-két ablakot is vághat, de ezeket celofánpapírral gondosan be kell ragasztani (59. ábra).

58. ábra. Felszínre emelkedik-e a vízben levő parafadugó a szabadon eső vizespohárban?

59. ábra. Ha leejtjük a dobozt, esés közben kialszik a gyertya.

Gyújtsuk meg a gyertyát! Azután álljunk fel az asztal tetejére és 2-3 méter magasból, aljával lefelé, ejtsük szabadon a dobozt! A gyertya esés közben elalszik. Mi ennek az oka? A gyertya égése közben , amint tudjuk, széndioxid gáz keletkezik. Az égéskor megmele gedett gázok kitágulnak, könnyebbek lesznek, felszállnak. Helyükbe a hidegebb, sűrűbb levegő áramlik. A friss levegővel az égéshez szükséges oxigén jut a lánghoz. Mi teszi lehetővé az égési gázok eltávozását? Az, hogy könnyebbek, mint a fel nem melegedett levegő, súlykülönbség (fajsúlykülönbség) van közöttük és a könnyebb gáz a nehezebb gázban felszáll éppen úgy, mint a könnyebb parafadugó a nehezebb vízben. 103

Miért alszik el a gyertya? Mert az égéskor keletkező széndioxid és az oxigént már nem tartalmazó többi forró gázok nem tudnak eltávozni, nem tudnak felemelkedni, hanem ott maradnak a gyertya körül. A lánghoz nem jut oxigén, a gyertya elalszik. Mit bizonyít az, hogy nem emelkednek fel a forró gázok? – Azt, hogy esés közben megszűnt a forró és nem forró gázok között a súlykülönbség, nincsen súlyuk, nincs felhajtóerő. Ha a dobozon celofán-ablak van, akkor már esés közben megfigyelhetjük a gyertya elalvását. Mivel ez a kísérlet világosan igazolja azt, hogy szabadesés közben megszűnnek a súlykülönbségek, ezért nem bukkan a felszínre a parafadugó a szabadon eső pohár vízben, sem a vasdarab nem merül el a vízben, ha szabadon esik a vizespohár. Hogyan dől le a gyárkémény? Feladat. Van egy pohár és egy golyó, mind a kettő egy rúd végén. Hogyan lehet a golyót a pohárba juttatni, ha egyikhez sem szabad hozzányúlni? Tapasztalat: Moziban már bizonyára láttunk ledűlő gyárkéményt. A gyárkémény nem úgy dől le, mint egy bot, hanem a 60. ábra szerint. Már esés közben darabokra törik és a csúcsa később ér a földre, mint a többi része. 104

60. ábra. Így dől le a gyárkémény.

Hogy ennek mi köze van feladatunkhoz, azt a követ kező kísérlet mutatja meg. Kísérlet. Egy méter hosszú rúd egyik vége vízszintes tengely körül foroghat (61. ábra). A tengelytől körülbelül 85 cm távolságban szögezzünk a rúdra körülbelül 8 cm magas, papírból hengerített poha rat, vagy konzervdobozt! Az acélgolyó számára alkalmas helyen egy kis mélyedést készítünk.

61. ábra. Ha kirántjuk a támasztékot, a golyó beleesik a pohárba. A rudat egy kis pálcával feltámasztjuk, hogy körül belül 36°-os szög alatt álljon. A támasztékhoz zsineget kötünk, hogy ezzel ránthassuk majd ki a rúd alól. A támaszték kirántása után a hosszú rúd leesik, és a golyó, ha alkalmas helyre tettük, a pohárba pottyan. Az ábra mutatja, hogy a golyó helyét hogyan hatá rozzuk meg. A rudat vízszintesen lefektetjük. A pohár középpontjának helyét megjelöljük az alaplapon. Azután a rudat feltámasztjuk (ügyeljünk arra, hogy a megtámasz tás mindig ugyanabban a pontban történjék). Most függőónt (zsinegre kötött nehezék) tartunk az ala plapra 105

jelölt pohár-középpont fölé és ahol a függőlegesen álló zsineg metszi a rudat, oda kell a golyót tenni. Hogy a pohárba eső golyó ki ne ugorjék, béleljük ki a pohár fenekét egy kis összegyűrt papirossal vagy rongy gyal. Meglepő, hogy a golyó beleesik a pohárba, hiszen a pohár pereme magasabban van, mint a golyó! A jelenség magyarázata Tartsunk ferdén az asztallapon egy rudat. A 62. ábrán megjelöltük a rúd öt pontját. Mindegyik más magas ságból esik szabadon.

62. ábra. A rúdon megjelölt pontok mindegyikének más az esésideje. Ha az öt pont nem lenne egymással összekötve és egyszerre kezdenének szabadon esni, egyszerre érnének az asztallapra? Nem! Az 1. pont érne leghamarabb, mert az esik legkisebb magasságról és az 5. pont érne legkésőbb, mert az esik legmagasabbról. De ha elej tj ük a r udat , mé gi s egys zer r e ér nek l e . A tengelyhez közelebb eső pontok kénytelenek lassab ban esni, mintha szabadon esnének, ezért esés közben gyorsabb mozgásra kényszerítik a távolabbi pontokat, például a rúd végét is. 106

Meggondolásunk azt mutatja, hogy a rúd vége, mivel kénytelen a rúd többi részével együtt mozogni, gyorsabban esik, mint ha egyedül esnék szabadon. A rúd végén ül a golyó. Ez nincs szilárdan összekötve a rúddal; szabadon eshetik. De az előzőek szerint a rúd vége gyorsabban esik, mint egy szabadon eső test, – tehát a szabadon eső golyó elmarad a rúd végével eső pohár mögött. Mivel a rúd vége a pohárral együtt előbb leér és a lassabban eső golyó függőlegesen esik, bele kell pottyannia a függőlegesen alatta lévő pohárba. Miért törik el az eldőlő gyárkémény? Nézzük a 62. ábrát! Az 1., 2., 3. pontok gyorsabban akarnak esni, mint a 4. és 5. pont. Siettetik a 4. és 5. pontot, erőt gyako rolnak a 4. és 5. pontra. Ezt az erőt a kémény összera gasztott téglái közvetítik, de az összeköttetés gyenge ahhoz, hegy az alsó pontok súlya által kif ejtett erőt közvetíteni tudja – szétválnak a téglák, eltörik a kémény. Most már szabadon mozoghatnak a szétválott részek és később esnek földre a kéménynek az alaptól távolabbi részei. A FORGÓMOZGÁS A körbenforgatott tele pohár a) Készítsünk zsinegből a 63. ábra szerint egy vizespohár számára tartót. Töltsük tele a poharat! A zsinegnél fogva bátran körbe forgathatjuk, anélkül, hogy a víz ki folynék belőle. Mielőtt teljes kört írnánk le, egy-két »bemelegítő« lengést végeztetünk vele. b) Zsineg nélkül is körbe forgathatjuk a tele poharat, de ehhez már több ügyesség kell; főleg az, hogy a poharat megfelelően fogjuk meg. Nem szabad a poharat úgy meg fogni, ahogy iszunk belőle. A nyeles serleg és a közönséges pohár megfogási módját a 64. ábra mutatja. 107

A jobbkezünk tenyere felfelé legyen fordítva: a mutató- és hüvelykujj közé fogjuk a serleg nyelét. A közönséges poharat pedig szintén felfelé fordított tenyerünkre tegyük, és jól markoljuk meg! Az indítás, megállítás ne nagyon hirtelen történjék, mert a folyadék kilöttyen! Indításkor a poharat ne testünk felé fordí tott tenyéren tartsuk, hanem kézfejünk forduljon el testünktől! Körülforgatás közben a pohár szája mindig a forgási középpont: a vállunk felé nézzen! Mielőtt a mutatványt a szobában is kipróbálnánk, előbb jól gyakoroljuk be kinn a szabadban!

63. ábra. Forgatás céljából ilyen zsineghálóba tegyük a vizespoharat!

64. ábra. Kifelé fordított kézzel és felfelé álló tenyérrel fogjuk meg a tele poharat, ha függőleges kör mentén akarjuk megforgatni. 108

A különc pörgettyű Kemény papírból vágjunk ki körlapot! A körlap középpontján dugjunk át kihegyezett farudacskát! A rudacska csak olyan vastag legyen, hogy jól meg tudjuk pörgetni! A korongot pecsétviasszal hozzá is ragaszthatjuk a tengelyhez! (65. ábra.) a) Ha a tengelyénél fogva megpörgetjük, forgás közben állva marad. Ez közismert.

65. ábra. A pörgettyű tengelye nem az erő irányában, hanem arra merőlegesen tér ki. De kevésbé ismeretes a pörgettyűnek egy érdekes tulajdonsága: próbáljuk a tengelyét két kezünkkel fesze sen tartott fonállal elnyomni valamerre (pl. az ábrán felénk). Azt tapasztaljuk, hogy a tengely nem a nyomás irányában tér ki, hanem arra merőlegesen! (Az ábrán jobbra vagy balra, a korong forgási irányától függően.) Ez azért feltűnő, mert az egyenes vonalú mozgások esetén ahhoz szoktunk hozzá, hogy a test arra mozdul el, amerre az erő hat. A pörgettyű tengelye pedig nem a kitérítő erő irányában mozdul el, hanem a kitérítő erőre merőlegesen. b) Hogy ennek milyen érdekes következménye van, azt a következő kísérlet szemlélteti. Pörgessük meg a korongot ferdén álló tengellyel! (66. ábra) A ferdén álló korongot a Föld vonzása el akarja dön teni függőlegesen lefelé. De tudjuk, hogy a tengely nem az 109

erő irányában (lefelé) fog elmozdulni, hanem arra merő legesen, oldalt. Az új helyzetben megint újra oldalt tér ki, végül kört ír le. Kísérletünkben valóban látjuk, hogy a ferdén álló tengely felső vége kör kerületén mozog. Mindig sarkcsillag marad-e a Sarkcsillag? A 66. ábrán korong helyett képzeljünk egy gömböt a ferdén álló tengelyre erősítve! A Föld is egy ilyen tengelye körül forgó pörgettyű. Tudjuk, hogy a forgó Föld tengelye az északi Sarkcsillag irányába mutat. Az a kérdés, hogy a Sarkcsillag felé mutatott-e a Föld tengelye például 2000 évvel ezelőtt is? Ha a Föld tengelyének irányát semmiféle erő sem akarja megvál66. ábra. toztatni, akkor tengelyének iránya változatlan marad. A ferde tengelyű pörgettyűt De ha valamiféle erő meg a Föld vonzá a függőlegesen akarja változtatni, akkor a lefelé akarja eldönteni. Föld tengelyének is el kell A tengely állandóan oldalt erre az erőre merőlegesen mozdul el. mozdulnia. Ennek következtében egy kört ír le az égboltozaton. A Napnak a Földünkre gyakorolt vonzása valóban meg akarja változtatni a Föld forgástengelyének irányát. Ezért a Föld gondolatban meghosszabbított tengelyének északi vége éppen úgy mozog egy égre írt kör kerületén, mint ahogyan kísérletünkben a pörgettyű ferdén álló tengelyének vége kör kerületén mozgott. A Föld tengelyének meghosszabbítása az égbolton egy teljes kört 26 000 év alatt ír le. Ezért 13 000 év múlva a Föld tengel ye az égbol tnak egy ol yan pontj a felé fog 110

mutatni, amely az égboltnak fejünk fölé eső pontjától számítva éppen olyan távolságra lesz, mint a mai Sark csillag, csakhogy az ellenkező oldalon. 300 év múlva pedig egy olyan csillag lesz a sarkcsil lagunk, amely a mostani Sarkcsillagtól annyival van odább, mint a telihold átmérője. 2000 évvel ezelőtt az égnek olyan csillaga volt a sarkcsillag, amely olyan messzire esik a mai Sarkcsillagtól, hogy közéjük kb. 7 teliholdat lehetne elhelyezni. Jojó kabátgombból Keressünk elő két egyforma nagyságú kabátgombot! Minél nagyobbak, annál jobb. Tegyük őket domború oldalukkal egymás mellé és a lyukakon át alaposan fűzzük őket cérnával egymáshoz! (67. ábra.) Kössünk erős cérnaszálat a ké t go mb kö zö t t a z ö s s ze f ű ző szálakhoz, azután erre tekerjük fel a cérnaszálat! Vegyük a végét kezünkbe, engedj ük a gombokat leesni. A gombok forgásba jönnek. Ami kor leértek a cérna vé gére, tovább forognak és most ellenkező irányban t ekeredi k a gombok közé a cérna. A gombok pedig majdnem olyan 67. ábra. magasra emelkednek fel a Jojó kabátgombból. cérnán, amilyen magasról leejtettük őket. A cérnaszál végének ütemes emelgetésével elérhetjük azt, hogy a gombok fel-le szaladnak a cérnán egész végig, azután újra a kezünkig. M agyarázat . Ami kor a go mbo k l eper egt ek a cér na 111

végére, sebes forgásban voltak. Esés közben energiára tettek szert, tehetetlenségük miatt tovább akartak forogni. De ezt csak úgy tehették, hogy a felcsavarodó és egyre rövidülő cérna miatt felemelkedtek. De ez az emelkedés munkavégzést kívánt. Csak akkora munkát végezhettek, amennyi energiájuk volt. Mivel az energiát esés közben nyerték, most legfeljebb olyan magasra emelkedhettek (az energia megmaradásának ténye alap ján), amilyen magasról leestek. Valóban majdnem olyan magasra fel is emelkednek, ha mozdulatlanul tartjuk a cérna végét. Azért nem emel kednek pontosan ugyanolyan magasra, mert közben sok ok miatt (pl. súrlódás a levegőhöz) vesztenek mozgási energiájukból. Ha lefelé pörgésük közben kissé felfelé emeljük a cérnaszál végét, ezáltal meggyorsítjuk a pörgést, újabb mozgási energiát közlünk velük. Ez az energia pótolja az elveszett energiát és a felfelé futó jojó a kezünkig emelkedik. Játék a cérnaorsóval a) Nézzük a 68. ábrát! Mi történik, ha húzzuk a cér nát? Azt hinnénk, hogy még több cérna gömbölyödik le az orsóról és az orsó majd távolabb fog gurulni. Végezzük el a kísérletet: a cérnaorsó – várakozásunk ellenére – felénk gurul. b) Tartsuk a cérnát úgy, mint a 69. ábrán látjuk, vagyis a cérna iránya haladjon át azon a ponton, ahol az orsó az alaplappal érintkezik! Ábránkon ezt a pontot F betűvel (forgáspont) jelöltük, mert valóban e körül a pont körül fordul el az orsó. Húzzuk meg a cérnát! Az orsó nem fordul sem jobbra, sem balra, hanem csúszni jog, haladó mozgást végez. c) Tartsuk a cérnát úgy, amint azt a 70. ábrán lát juk! A cérnairány az alapot most olyan pontban döfi, hogy a metszéspont jobbra esik az F ponttól, az elfordulás pontjától. 112

68. ábra. Az orsó várakozásunk ellenére felénk gurul.

69. ábra. Ha a fonál meghosszabbítása F-től jobbra metszi az alapot, az orsó balra gurul.

70. ábra. Ha a fonál iránya az F ponton halad át, az orsó nem jön forgásba.

Húzzuk meg a cérnát! Az orsó elgurul tőlünk. Hasonlítsuk csak össze a fonál irányát (az erő irá nyát) az első és a harmadik kísérletben: az első kísérletben az erő iránya a forgásponttól balra döfte az F-en átmenő vízszintest, most meg jobbra. A forgató hatása mindkét esetben más volt, egymással éppen ellenkező. Ezeket a kísérleteket nemcsak cérnaorsóval, hanem 113

bármilyen hasonló tárggyal elvégezhetjük, pl. azzal a pléhorsóval is, amire az írógépszalagok vannak felcsa varva vagy a fényképészeti filmek faorsójával is. Magyarázó kísérlet az elforduló koronggal Az orsók előző érdekes viselkedését nehéz lenne csupán szavakkal érthetően megmagyarázni. De egy egyszerű kísérlet azonnal világossá és természetessé teszi: Vágjunk ki keményebb papírból (raj zpapír is jó) kb. 5 cm sugarú korongot! A közepétől 1 cm -re erősítsük rajztáblához egy rajzszeggel úgy, hogy a korong a rajzszeg körül foroghasson. Azért ne szúrjuk át pontosan a közepén, hogy állásában megmaradjon! Lyukasszuk át kerületéhez közel és kössünk oda cér nát! Ha a cérnát a 71. ábrán 1-gyel jelölt irányba húzzuk, mindenki természetesnek fogja találni, hogy a korong az F rajzszeg (forgástengely) körül az egy nyíllal jelzett irányban fordul el. Ez még világosabb lesz akkor, ha az l-es erőt meghosszabbítjuk és a cérnát az A pontban 71. ábra. kötjük meg (A az a Ha az F pontban átszúrt korongot az pont, ahol a forgás1. irányba húzom a cérnával, úgy forog, pontból húzott memint a felénk guruló orsó. Ha a 2. rőleges metszi az irányba húzom, nem forog. Ha a 3. erő irányát). A fiirányba húzom, akkor pedig úgy forog, zika egyik törvénye mint a tőlünk elguruló orsó. s ze r i nt m e r ev t e st 114

esetén szabad az erő támadáspontját az erő irányában el tolni. Ha A pontban fogjuk meg a korongot és az 1 erő irányában akarjuk elmozdítani, akkor már úgy forog, mint egy kerekes kút kereke, azaz az egy nyíllal jelölt irányban. Nézzük csak meg, hol metszi az 1 erő iránya az F forgástengelyen átmenő vízszintest? – A forgástengelytől balra. Éppen úgy, mint a cérna orsós kísérlet első eseté ben. Most már érthető, hogy a cérnaorsó az a) esetben húzásra felénk gördül. Lássuk most azt az esetet, amikor a cérnaorsó elgördült tőlünk! Ilyenkor az erő a forgásponttól jobbra metszette a vízszintest. A 71. ábránkon ilyen a 3-as számmal jelölt erő. Az l -es erőhöz hasonl óan ezt az erőt is eltolhatj uk a saját irányába eső B pontba. Ha egy kerekes kút kerekét ebben a pontban a 3-as erő irányában húznánk, érthető, hogy a kerék az F tengely körül a hármas nyíllal jelölt irányban forogna. – Ez volt cérnaorsós kísérletünk c) esete, amikor az orsó elgurult tőlünk. Marad még az az eset, amikor az erő (a cérna) iránya az ábrán a 2-essel jelzett irány. Ekkor az erő iránya a forgásponton megy át, az F tengelyen. Tegyük át az erő támadáspontját a tengelybe, azaz húzzuk a tengelyt a 2-es erő irányában. – Egy kerék szilárdan megerősített tengelyét húzhatjuk bármilyen irányba is, a kerék nem fog elfordulni. Ha a cérna iránya, az orsó F pontján ment át, nem is jött forgásba az orsó. Hogyan lehet az almát egyik asztalról a másikra úgy átvinni, hogy semmivel se fogjuk meg? Ezt a lehetetlennek lát szó fel adatot egy kiöblösödő 115

edény segítségével könnyű megoldani. Igen alkalmas edény a régimódi hasas levesestál. Az edénnyel leborítjuk az almát. Azután két tenye rünkkel megszorítjuk az edény két kihasasodó oldalát és egyre gyorsabban körbe csúsztatjuk az aszt allapon. Az edénnyel együtt az alma is keringő mozgásba jut, keringeni kezd az edény tengelye körül. Az alma felcsúszik az edény lejtős belső oldalán az edény kiöblösödő hasába és ott köröz tovább.

72. ábra. A kihasasodó edényt szorítsuk oldalról két tenyerünkkel és csúsztassuk gyorsan körbe. A leborított alma is körmozgásba jön, felcsúszik az edény belső falán és a kiöblösödésben kering tovább. Most már nem esik ki az edényből, ha azt felemeljük és ha folytonosan körbemozgatjuk, bárhová elvihetjük az almát. Miközben állandóan körberázzuk az ed ényt, most már egészen nyugodtan felemelhetjük és az edénnyel együtt felemelkedik az alma is és oda vihetjük, ahová akarjuk, csak az edény körberázogatását ne hagyjuk abba. A mutatványhoz nem szükséges feltétlenül leveses tál. Ha alma helyett megelégszünk egy dió felemelésével, akkor elegendő egy kiöblösödő üvegpohár is. A diót lebo 116

rítjuk a pohárral, és egyik kezünkkel egyre gyorsabban kezdjük körbecsúsztatni a poharat. Az eredmény ugyanaz, mint az előbb. Milyen jelenségen alapult ez a kísérletünk? Azon, hogyha egy test körpályán kénytelen mozogni, akkor távozni igyekszik a forgási középponttól. A mindennapi életben igen gyakran tapasztalhatjuk ezt a jelenséget. Például ha zsinegen követ forgatunk körül, akkor a követ húzni kell a középpont felé, hogy a kö rpályán megmaradjon, ha kerékpározás közben körívben kanyarodunk és síkos az út felülete, kifelé csúszunk, vagy ha egy kislány sebesen forogni kezd, szoknyája széle távolodik testétől, a szoknya széle felemelkedik. Ezekhez hasonlóan a körbemozgatott alma i s távolodni igyekszik a forgási középponttól. Hogy minél távo labb kerülhessen, felcsúszik az edény kiöblösödő részébe (mint ahogyan a szoknya széle felemelkedik) és ott kering tovább. Közben, ha állandóan keringésben tartjuk, el vihetjük bárhová.

117

A FELHAJTÓ ERŐ A felfelé ható nyomóerő Egy nehéz kérdés: Van egy vékonyfalú, üres, hengeres alumíniumdobozunk. Ha az üres hengert a 73. ábra szerint a víz alá nyomjuk, érezzük, hogy ki akar emelkedni a vízből, mintha valami erő nyomná felfelé. Tegyük fel, hogy a doboz súlya elhanyagolhatóan kevés. Az a kérdés, hogy mekkora erő nyomja felfelé a dobozt? Kísérlettel keressük meg a feleletet! Szerezzünk egy lámpa cilindert és egy befőttes üveget. Szükségünk van még egy celluloidlapra vagy kartonlapra vagy vékony, síkfelületű alumíniumlemezre. A lemez legyen akkora, hogy be lehessen vele fedni a lámpacilinder alsó nyílását (74. ábra).

73. ábra. Mekkora erő igyekszik a vízből kibuktatni a fedélig merült üres dobozt? 118

74. ábra. Mennyi vizet kell önteni a lámpaüvegbe, hogy leessék az alsó nyílásához szoruló papírlap?

Szorítsuk kezünkkel a kartonlapot a lámpacilinder alsó nyílásához és ott tartva, nyomjuk a cilindert vigyázva a vízbe! Ha a kartonlap már a víz alatt van, elvesszük kezünket. A kartonlap nem fog leesni. Nyomjuk még mélyebbre a cilindert! A zárólapot valamilyen erő olyan erősen szorítja a cilinder pereméhez, hogy nem hatol a víz a cilinderbe. Mekkora lehet ez az erő? Öntsünk vizet a cilinderbe! (Hogy jól látható legyen, kékített vizet.) Az elzáró lap még a víz súlya alatt sem esik le. Öntsünk egyre több vizet a cilinderbe! Figyeljük meg, hogy mikor esik majd le a lap? A lap akkor fog leesni, amikor a cilinderben éppen olyan magasan áll a víz, mint a külső edényben. Ha más alakú, például hengeres cilinderrel végezzük a kísérletet (az ábrán A), akkor is ugyanezt tapasztaljuk. A kísérletek szerint a lapot a folyadék akkora erővel nyomja felfelé, amekkora a nyílás fölé emelt, a víz felszínéig terjedő folyadékoszlop súlya. Most már megfelelhetünk arra a kérdésre, hogy mek kora erő nyomja ki a vízből a 73. ábrán az üres dobozt. A doboz fenekét akkora erővel nyomja a víz felfelé, mint amekkora a dobozt megtöltő víznek a súlya lenne. Más fogalmazásban: amennyi vizet kiszorít a helyéből a doboz, annyi víznek a súlyával egyenlő nagy felhajtó erő hat a dobozra. Legyen a doboz térfogata 1 liter. Akkor 1 liter víz súlyának megfelelő erő = 1 kg erő nyomja felfelé. Legyen a doboz súlya 0,1 kg, ami lefelé húzza. Akkor a felfelé emelő erőre, a felhajtó erőre marad 0,9 kg. A vízben lebegő tojás Ha egy tojást (vagy burgonyát) a víz tetejére teszünk, lemerül a víz fenekére, mert ha egy test súlya nagyobb, mint az általa kiszorított folyadék súlya, akko r a test a folyadékban alámerül. 119

Oldjunk fel vízben sót, készítsünk sósvíz keveréket! A tojás (a burgonya) a sósvíz tetején úszik, sőt egy része ki is áll a folyadékból, mert ha most egészen a víz alá nyomnánk, az általa kiszorított sósvíz súlya nagyobb lenne, mint a tojás (burgonya) súlya, ezért a víz felszínére bukkan. Az úszó tojásnak akkora része áll ki a vízből, hogy a többi része által kiszorított folyadék súlya akkora legyen, mint a tojás súlya. Könnyű tehát megvalósítani, hogy ugyanaz a tojás egyszer elmerüljön, máskor meg ússzék a folyadékban. De hogyan tudnánk elérni azt, hogy a tojás (vagy a burgonya) éppen lebegjen a folyadék belsejében, például a pohár közepén és ott napokig is lebegve maradjon, mint a léghajó a levegőben?

75. ábra. Így készül a folyadék, amelyben napokig lebeg a tojás. Ezt így valósítjuk meg: Egy vizespohárba annyi sót teszünk, hogy a fenekét körülbelül fél cm magasan ellepje. Azután a poharat félig töltjük vízzel és a sót elkeverjük, hogy feloldódjék. Ha ebbe a sósvízbe beletesszük a tojást, a tojásnak egy része kiáll a folyadékból (75/a ábra). Most a sósvíz fölé tiszta vizet kell önteni, de olyan óvatosan, hogy a tiszta víz össze ne keveredjék a sósvízzel, 120

mert ekkor a tojás a felszínre jön. Ha azonban tiszta vizet sikerül a sósvíz fölé rétegezni, akkor ebben a tiszta vízben nem fog felemelkedni a tojásnak a sósvízrétegből kinyúló része, hanem a tojás a két réteg határán lebegni fog. Keveredés nélkül úgy tudunk tiszta vizet rétegezni a sósvíz fölé, hogy egy darab papírt tölcsérformára tekerünk össze, a tölcsér végét megtörjük (75/b ábra sze rint) és a sósvíz felületének magasságában a pohár oldalához érint jük, azután lassan, óvatosan vizet öntünk a tölcsérbe. Miközben a vízfelszín emelkedik, mi is mindig feljebb emeljük a tölcsér végét. A pohár tele lett vízzel, a tojás a pohár közepén lebeg (75/c ábra). Milyen gyorsan keveredik a sósvíz a tiszta vízzel? Egy kísérletünkben a sósvíz, tiszta víz határán a vizespohárban lebegő tojás csak 3 nap múlva emelkedett fel, annyira, hogy a tojás teteje éppen elérte a víz felszínét. Ez a kísérlet tehát egyúttal azt is szemmel láthatóan és könnyen ellenőrizhetően bizonyítja, hogy a nehezebb sósvíz elkeveredése a föléje helyezett tiszta vízzel lassan megy végbe, ha a két folyadékot nyugalomban hagyjuk. Milyen régi a tojás? Minél régebbi a tojás, annál inkább kiszárad, mert hiszen a tojás héja is – mint minden anyag – pórusos (lásd a kísérletet a 141. oldalon) és rajta keresztül elpárolog a tojás belsejének nedvessége. Minél jobban kiszárad a tojás, annál könnyebb lesz – viszont a héj térfogata ugyanaz mar ad. Egyszer csak a tojás súlya kisebb lesz, mint a héj által kiszorított víz súlya és a nagyon légi tojás még a tiszta vízben sem süllyed a fenékre, hanem úszik. Minél régebbi, minél jobban kiszáradt, annál több áll ki belőle a folyadékból (76. ábra). 121

76. ábra. Így tudunk 10%-os sósvíz segítségével megközelítőleg tájékozódni a tojás kora felől. Hogy a tojás hány hetes, azt közelítőleg meg lehet állapítani, ha körülbelül húsz gramm sót feloldunk egy vizespohár (2 dl) vízben. Ezt úgy mondjuk, hogy 10 súlyszázalékos oldatot készítünk (200 gr vízben 20 gr sót oldunk). Ebben a 10 százalékos sóoldatban az egészen friss tojás a fenékre süllyed, a frissek majdnem lebegnek, éppen hogy érintik kissé a feneket, s minél régebbi a tojás, annál feljebb és kijjebb emelkedik a vízből. Ha vásárolt tojásokat például télre el akarunk tenni, igen fontos, hogy meg tudjuk állapítani, melyik közülük a friss. JÁTÉK A SZAPPANBUBORÉKKAL A szappanoldat Mindazt, amit a tojással végigkísérleteztünk: az alá merülést, az emelkedést és a lebegést, szépen bemutathat juk szappanbuborékokkal is a levegőben. Mindnyájan játszottunk már szappanbuborék fújásával. Szappanoldat és fúvócső szükséges hozzá. Egyik sem okoz gondot, mert szappanoldatot úgy készíthetünk, hogy egyszerűen szappant oldunk fel vízben, fúvócsövünk pedig szalmaszál, a végén négyfelé hasított ágakkal. 122

Tapasztalhattuk, hogy nem mindig sikerül egyformán jól a buborék, néha hamar elpattan, mert rossz a szappan oldat. – Pedig fej nagyságú, tartós buborékokat is lehet fújni, ha jó az oldat és széles karimájú a fúvócső. Sok jó tanácsot találunk arra, hogyan lehet kitűnő szappanoldatot készíteni. Mindegyiknek lényeges része az, hogy tiszta esővizet vagy desztillált vizet használjunk és – a legfinomabb szappant. Lehetőleg borotvaszappant használjunk. Íme három eljárás: 1. 5 gramm (1 darab kétforintos súlya) jó szappant finom szeletekre vágunk és 100 gramm (fél vizespohár) meleg vízben feloldunk. Egy bádogkanálban barnára (nem feketére) pirítunk porcukrot és annyi ilyen barna cukrot oldunk fel egy másik 100 gramm vízben, amennyit csak felold a víz. A 100 gramm hideg cukoroldatot összekeverjük a 100 gramm hideg szappanoldattal. 2. 250 gramm meleg vízben 10 gramm jó szappant oldunk. Azután 250 gramm forró vízben 15 gramm fehér cukrot. Ezután a két oldatot összekeverjük. 3. Készítsünk langyos vízben jó erős szappanoldatot! A kész oldatot egy vászondarabkán szűrjük át, hogy ne maradjanak benne fel nem oldódott szappandarabok! Azután az oldatot keverjük össze glicerinnel, még pedig 3 rész szappanos vizet 2 rész glicerinnel! Fúvószerszám lehet szalmaszál, üvegcső, kisebb üvegtölcsér, bádogtölcsér, sőt kis játék-gyermektrombita és makra-pipa is. Ha szappanbuborékkal kísérletezünk, jegyezzük meg, hogy a buborék csak akkor nem pattan széjjel, ha szappan oldattal nedvesített tárggyal érünk hozzá. Ha ujjunkat szappanoldatba mártjuk, még össze is nyomhatjuk a buborékot anélkül, hogy elpukkanna. Ha a szalmaszálat hirtelen elrántjuk, a buborék leválik és lassan a földre süllyed, mert a buborék súlya a benne lévő levegővel együtt nagyobb, mint a buborék által kiszorított levegő súlya. 123

A levegőtöltésű lebegő szappanbuborék Ha azt akarjuk, hogy a levegővel töltött buborék lebegve maradjon, a levegőnél nehezebb gázba kell vinnünk. Ilyen gáz a széndioxid, amely 1,53-szor nehezebb a levegőnél. Széndioxidot könnyű előállítani. Egy edény fenekére szódabikarbónát hintünk vagy néhány darab krétát te szünk és ecettel öntjük le. Élénk pezsgés közben szénsav fejlődik (4 gramm szódabikarbónából 1 liter széndioxidgáz fejlődik). A nehezebb széndioxid kiszorítja a levegőt az edényből. Ejtsünk az edénybe levegővel töltött szappanbuborékot! (77. ábra.) A buborék a levegőben alámerülne, de a széndioxidban felfelé szállana, ezért a két gáz határfelületén lebegve marad éppen úgy, mint a 77. ábra. tojás a sósvíz és a tiszta víz határán. A buborékot ne maSzéndioxiddal telt edényben gasról, hanem közvetlen köa széndioxid felületén úszó zelről ejtsük az edénybe! szappanbuborék. A FELHAJTÓERŐ ALKALMAZÁSA A seprűnyél mérleg Mérjük meg a rendelkezésünkre álló befőttes üveg magasságát! (Minél magasabb, annál jobb.) Vágjunk le a seprűnyélből ilyen hosszú darabot (például 21 cm-t)! Töltsük meg az üveget vízzel és állítsuk bele a seprűnyél rudacskát! Körülbelül félig fog bemerülni, de nem áll meg egyenesen. Ezért a rúd alsó végére erősítsünk annyi vasat (ólmot), hogy a seprűnyéldarabnak csak 1/3 része álljon ki a vízből (esetünkben 7 cm)! A rúd felső végére erősítsünk rajzszeggel vastagabb papírdarabot! Ez lesz a mérlegtányér. A rúdon ceruzavo nással jelöljük meg, hogy mennyire merül a vízbe (78. ábra). 124

Mérlegünk nagyon érzékeny, alkalmas arra, hogy grammsúlyokat mérjünk vele. Tegyünk a tányérra egy 10 grammos súlyt. A rúd mélyebbre merül a vízbe. Azt a helyet, ameddig bemerül, megint megjelöljük ceruzavonással! Ez lesz az osztályzaton a 10 gramm. Osszuk be a két ceruzajel közötti távolságot 10 egyenlő részre! Ezt a beosztást felfelé is folytathatjuk. Ha 10 grammos súlyunk nincsen, akkor tegyünk a tányérra kétforintosokat! Egy darab kétforintos súlya 5 gramm. Ha a seprű nyéldarabból 7 cm áll ki a vízből, akkor mérlegünk 78. ábra. körülbelül 15 grammig használható. Seprűnyélből készült Ha azt akarjuk, hogy kétszer, mérleg. háromszor, négyszer több súlyig lehessen vele mérni, akkor 2, 3, 4 seprű nyéldarabot erősítünk egymás mellé és újra elkészítjük az osztályzatát. A víz, mint gyertyatartó Ha gyertyát vízre teszünk, úszik a ví zen, mert a gyert ya könnyebb, mint az ugyanakkora térfogatú víz. A gyertyának körülbelül 1/9 része kiáll a vízből. Egy vagy több szeggel súlyosbítsuk 79. ábra. meg annyira a gyertyát, hogy a víz majd- Az önműködő nem a gyertya pereméig érjen (79. ábra). gyertyatartó. Gyújtsuk meg a gyertyát! Azt ta- A láng mindig ugyanabban a pasztaljuk, hogy egészen tövig ég. Igaz ugyan, hogy égés közben fogy a magasságban marad. gyert ya anyaga, de a víz mégsem j uthat 125

a lánghoz, mert a gyertya fogyásával egyre csökken a gyertya súlya. Ezért egyre kevesebb vizet kell kiszorítani a gyertyának ahhoz, hogy úszva maradhasson. Az égés közben megkönnyebbülő gyertya kijjebb emelkedik a vízből, nem folyik be a karimáján a víz. A BÚVÁR A vásári játék Vásárokon és más népes összejöveteleken gyakran lehet látni a mutat ványosoknál egy érdekes j átékot: 25-40 cm magas üveghenger vízzel van tele. A vízben valamiféle alak úszik. Az edény gumihártyával van bekötve (80. ábra). Ha ujjunkkal vagy tenyerünk kel a gumihártyára nyomást gyakorlunk, az alak alámerül a vízben. Szüntessük meg a nyomást, újra a felszínre emelkedik. De könnyen lebegve is tarthatjuk bárhol a folya dék belsejében, ha eltaláljuk a nyomást. Emelkedés közben forgásba is jön az alak. Különösen akkor perdül meg gyorsan, ha hirtelen szüntetjük meg a nyomást. Ilyen eszközt magunk is gyorsan és könnyen előállíthatunk, tanulmányozhatjuk működését és közben 80. ábra. hasznos ismereteket szerezhetünk. A gyári készítésű búvár. A lekötő lapra A készülék összeállítása gyakoroljunk nyomást! A búvár Keressünk ki az éléskamrából süllyed. egy hosszúnyakú befőttesüveget! 126

Minél magasabb, annál jobb. A lé nyeges csupán az, hogy a száját tenyerünkkel jól be tud juk fedni. Már 16 cm magas hengeres befőttesüveggel is eredményes a kísérlet. Szükséges még egy kis orvosságos vagy likőresszenciás üveg (5-8 cm magas is lehet). A kis üvegpalack helyett használhatunk egyik oldalán zárt üvegcsövet (fiolát) is, amiben a szemes orvosságokat szokták árusítani. Az üveg ről vagy fioláról szedjük le a ráragasztott papirost, hogy megfigyelhessük, ami kísérlet közben a belsejében tör ténik! Töltsük színig vízzel a befőttesüveget! Azután egy kevés vizet öntünk üvegcsénkbe is, például félig meg töltjük, majd befogjuk a száját, szájával lef elé fordítjuk és belemerítjük a befőttesüveg vizébe. Ha egészen el akar merülni, akkor sok volt a víz a kis üvegben. Kevesebbet öntünk, és mindaddig próbálkozunk, amíg el nem találjuk, hogy annyi víz legyen az üvegcsében, hogy ez szájával lefelé fordítva éppen csak el ne merüljön, a vízből csak 1-2 mm-es része álljon ki (81. ábra). Ügyeljünk arra, hogy a befőttesüveg színig legyen vízzel töltve. Helyezzük tenyerünket úgy a befőttesüveg

81. ábra. Üvegecskéből vagy kémcsőből készült, tenyerünk nyomásával működtetett búvár. 127

szájára, hogy légmentesen elzárjuk a nyílást. Nyomjuk tenyerünkkel egyre erősebben a víz felszínét. Egyszer csak úszó üvegecskénk, a búvár, megmozdul és süllyedni kezd. Ha a nyomást megszüntetjük, újra a felszínre emel kedik. Ha pedig tenyerünkkel ügyesen szabályozzuk a nyomást, elérhetjük, hogy bárhol lebegve marad. Búvárunk úgy viselkedik, mint a hal vagy a tenger alattjáró. Tetszésünk szerint fel- és leszállhat. A jelenség magyarázata szemmel látható készülékünkben. Figyeljük meg, mi történik a kis üvegecskében, ha tenyerünkkel nyomást gyakorolunk a víz felszínére! A kis üvegecskében, a búvárban, emelkedik a víz felszíne. Több vizet nyomunk a bú várba, ezáltal búvárunk nehezebb lesz, végre olyan nehéz lesz, hogy alámerül. Ha a nyomást megszüntetjük, akkor a kis üvegecské ben összenyomott levegő kinyomja a vizet a búvárból, könnyebb lesz, felemelkedik. Tenyerünk helyett pergamentpapírral, gumihártyával is elzárhatjuk készülékünket, ha a befőttesüveget vagy hengerüveget a szokásos módon lekötjük vele. Különösen alkalmas a lekötésre a gumipelenka darabka vagy a hasz nálhatatlanná vált futball-belsőrész. Az elzáró lapra gyakorolt nyomással kényelmesebben működtethető a készülék. A gyárilag előállított készülékekben a búvár rend szerint ördögalakú és belül üres. Oldalt hajló farka végén van a nyílás, ezen áramlik a víz ki-be a nyomásváltozásnak megfelelően. Ha a nyomást hirtelen megszüntetjük, a víz hirtelen kiáramlik az oldalt álló nyíláson és visszaható erejével megforgatja a búvárt. Vízalatti léghajó tojáshéjból Nyers tojás két végén fúrjunk lyukat és a lyukakon keresztül fújjuk ki a tojás belsejét! Viasszal vagy pecsét viasszal zárjuk el az egyik lyukat! 128

A léghajó kosarát (82. ábra) négy cérnaszálra függesztjük. Ez lehet gyűszű vagy a borosüvegek fején szokásos ónkupak, de kiürült fogpasztás tubus anyagából is összehajtogathatjuk. A »kosárba« tegyünk annyi ólomsörétet (vagy más nehezéket), amíg a készülék olyan mélyre nem merül a vízzel tele befőttesüvegben, hogy csak 1-2 mm látszik ki 82. ábra. a tetejéből. Szerkezetünk ugyanúgy Vízalatti léghajó emelkedik, süllyed a vízben, mint tojáshéjból. előbbi búvárunk, ha a vízre tenyerünkkel vagy az edényt lekötő lappal nyomást gyako rolunk. (A lyuk alul legyen!) Búvár dióból, lúdtollból Most már látjuk, hogy merülő búvárt bármilyen üres, zárt testből készíthetünk, ha az illető testen alul nyílás van. A víz felszínére gyakorolt nyomással több-kevesebb vizet szoríthatunk bele az üres testbe. Ezáltal súlyát tetszés szerint tudjuk változtatni és tetszés szerint tudjuk elérni, hogy bemerüljön vagy emelkedjék. 1. Dióból így készítünk búvárt: a diót úgy feszítjük két részre, hogy mindkét héja épen maradjon. Ezután pecsétviasszal összeragasztjuk a két félhéjat. Így egy belül üres diónk lesz. A dió laposabb végére kis lyukat fúrunk. A dióhéjra is ragasztunk pecsétviasszal vékony cérna vagy dróttartókat. A tartókon függ a fogpasztás tubus anyagából vagy vékonyabb alumínium-, rézlemezből összehajtogatott kosárka, amelybe annyi sörétet vagy más nehezéket teszünk, hogy a készülékből igen kevés álljon ki a vízből. – A víz felületére gyakorolt nyomással működ tetjük (83. ábra). 2. A lúdtoll-búvár. Zárjuk el pecsétviasszal légmentesen egy 4-8 cm hosszú lúdtoll egyik végét. A másik végére 129

pedig függesszünk cérnaszálon (vagy vékony dróton) nehezéket, úgy, hogy ha a szerkezetet vízbe tesszük, csak l-2 mm álljon ki a toll tetejéből. Gyenge nyomásra süllyed, emelkedik (84. ábra).

83. ábra. Búvár dióhéjból.

84. ábra. Lúdtoll-búvár.

Ha rövidre, 1—2 cm hosszúra vágjuk a tollat, akkor olyan kis búvárt is készíthetünk, amely egy üres tinta tartóban működtethető. A nehezék lehet a toll alsó végére csavart drót is, így rövid lehet a búvár. Fontos megjegyzés: ha a búvárból csak nagyon kevés áll ki a vízből, akkor megeshetik, hogy miután nyomással a víz fenekére süllyesztettük – onnan akkor sem jön vissza, ha megszüntetjük a nyomást. Ez annak a jele, hogy a búvár túlságosan nehéz, kissé csökkenteni kell a súlyát (kevesebb vizet öntünk az üvegecske -búvárba, csökkentjük a többi búvár nehezékét). A tengeralattjáró hajó éppen így süllyed és emelkedik a víz színére, mint a mi búvárunk. A tengeralattjáró szelepekkel elzárható nyílá sokon át be tudja ereszteni belsejébe a tengervizet. Ezáltal nehezebb lesz, mélyebbre süllyed, esetleg lemerülhet egészen a tenger fenekére, de lebegni is tud a mélységben. 130

Ha a felszínre akar kerülni, akkor gépezete segítségé vel kiszorítja magából a vizet, ezáltal könnyebbé lesz, felemelkedik. Hasonló módon emelik fel a víz fenekéről az elsüllyedt nehéz tárgyakat, például hajóroncsokat is. Hordóalakú hatalmas vastartályokat eresztenek tele vízzel. A vas tartályok természetesen a víz fenekére süllyednek. Búvárok láncokat erősítenek a roncshoz és ezekhez kötözik a vízzel telt tartályokat. A tartályokból csövek vezetnek a fel színre. A csöveken át kiszivattyúzzák vagy kinyomják a tartályokból a vizet. A kiürült tartály olyan könnyű lesz, hogy nagy erővel emelkedik a vízben és magával emeli a hajóroncsot is. Például egy 4 méter átmérőjű és 10 méter hosszú hengeres vastartály több mint 100 000 kg erővel emeli a hozzákötött tárgyat (egy víz alá merült nagy vasúti mozdonyt is ki tudna emelni).

131

MEGLEPŐ MUTATVÁNYOK KÜLÖNBÖZŐ FAJSÚLYÚ FOLYADÉKOKKAL I. NEM KEVEREDŐ FOLYADÉKOK Bevezető kísérletek 1. Töltsünk meg egy kis poharat félig vízzel! A vízbe cseppentsünk néhány csepp kékítőt (mosáskor használ ják), hogy jól látható legyen! Ezután öntsünk a víz fölé petróleumot! A petróleum úszni fog a víz felszínén, mert a petró leum könnyebb, mint a víz (súlya csak 0,8 -0,9 része a vele egyenlő térfogatú víz súlyának). 2. Töltsünk meg ugyanígy egy próbacsövet kékítővel festett vízzel és petróleummal (85. ábra), azután fogjuk be a cső nyílását és fordítsuk fel, hogy a petróleum kerüljön alul. – A petróleum nem marad ott, hanem azonnal újra a felszínre emelkedik és újra a nagyobb fajsúlyú folyadék 85. ábra. marad alul. Ha megfordítjuk a kémcsövet, Ezek a kísérletek tehát akkor is felül helyezkedik el a azt mutatják, hogy: petróleum. ha két különböző sűrűségű 132

(fajsúlyú) folyadék érintkezésben van egymással, akkor a kisebb sűrűségű, a könnyebb folyadék rétegződik a nehezebb folyadék fölé. Mutatvány a két pohárral Kísérleteinkhez elegendő, ha egészen kis poharakat használunk, pl. likőrös poharakat, mert a használt folyadékok végül is kárba vesznek és takarékoskodnunk kell. Mi kicsiny, 4 cm magas likőrös pohárkákkal végeztük a kísérleteket. Amikor már ilyen próbákban jól megtanul juk a mutatvány minden csínját-bínját, akkor nagyobb társaságban nagyobb poharakkal, így 6—7 cm magas boros poharakkal is bemutathatjuk; a vizespohár már túl nagy, sok anyag megy veszendőbe. Ügyeljünk arra, hogy pontosan ugyanakkora pohara kat használjunk, a karimájuk jól csiszolt, egyenletes, ép l e gye n , h a e gy má s f öl é b o r í t j u k ő ke t , j ó l zá r j o n a szélük. Töltsünk meg egy poharat kékítővel színezett vízzel. Egy másik poharat pedig töltsünk meg petróleummal. Mindkét pohár legyen tele csordultig a folyadékkal. A feladat ez: hogyan tudnánk a két pohár tartalmát egymással felcserélni, de úgy, hogy nem szabad semmiféle más edényt sem használni? Ez szinte megoldhatatlannak látszik, mégis könnyen és biztosan sikerül a bevezető kísérlet alapján (86. ábra). A vizespoharat borítsuk le egy jól bevizezett papírlap pal. Hogy ez a papírlap könnyen el ne ázzék, lehet levelezőlap vastagságú, de jó az írópapír is. A papírlapot szorítsuk rá tenyerünkkel a vizespohár karimájára! A papírlap alatt lehetőleg ne maradjon légbuborék! Tenyerünkkel állandóan a pohárhoz szorítva a lapot, fordítsuk szájával lefelé a vizespoharat. Most már elvehetjük a tenyerünket a papírlapról. A papír nem fog leesni a pohár szájáról! (86/b ábra.) Ezut án a száj ával l ef el é ál l ó vi zespohar at ( raj t a a 133

papírlappal) tegyük a petróleumos pohár fölé úgy, hogy a pohárszélek pontosan egymás fölé kerüljenek! Miközben kezünkkel úgy tartjuk a poharakat, hogy ebben a helyzetben megmaradjanak, óvatosan annyira kihúzzuk a két pohár közül a papírlapot, hogy egyszer csak a lap szélén, a poharak karimájánál egy kis résen át érintkezhessen a két folyadék (87/c ábra).

86. ábra. Hogyan lehet kicserélni egymással egy tele pohár víz és tele pohár petróleum tartalmát? Mi történik ezután? A könnyebb folyadék, a petróleum a szűk résen át felemelkedik és a pohár fala mentén felfolyik a felső pohárba. A nehezebb víz pedig a felső pohárból a résen át le csurog az alsó pohárba. Az alsó pohár szélén sz épen lehet látni a lecsurgó víz kék fonalait (87. ábra). 1-2 perc múlva (az idő a rés szélességétől függ) a két pohár tartalma teljesen kicserélődik. Először feltétlenül szűk nyílással végezzük a kísér letet, hogy a jelenség néhány percig eltartson, ugyani s a következő kísérletben a hosszú időre nagy szükség lesz. A petróleum és a víz egymással nem keveredő folya dékok, ezért, ha az előbbi lassú kísérletet elvégeztük, egész bátran meg is gyorsíthatjuk a kísérletet olyan módon, hogy a papí r l apot j obban ki húz zu k, nagyob b nyí l ást 134

87. ábra. Így cserélődik ki a papírlap által hagyott résen át a két különböző fajsúlyú folyadék. hagyunk, akkor másodpercek alatt kicserélődik a két folyadék, a petróleum lesz felül, a víz alul. – Fordítsuk fejtetőre az összeállítást! Megint a petróleum kerül alul és így akárhányszor megismételhetjük a kísérletet. II. EGYMÁSSAL KEVEREDŐ FOLYADÉKOK Bevezető kísérletek – A folyadékok rétegzése Miután így begyakoroltuk magunkat, biztos sikere van a következő kísérletnek, amelyben egy pohár bor és egy pohár víz cserél majd helyet. 135

Ez a kísérlet azért vált ki csodálkozást, mert hiszen a víz és a bor egymással keveredő folyadékok. Vajjon az egymással keveredő, de különböző sűrűségű folyadékokat is egymásra lehet rétegezni úgy, hogy külön maradjanak? Mert ha ezt meg lehet tenni, akkor valóban helyet lehet cseréltetni a borral és a vízzel is. Hogy a sósvizet és a tiszta vizet egymásra lehet réte gezni, azt bizonyította a lebegő -tojásos kísérletünk. De mi szeretnénk látni is ezeket a különböző rétegeket és az elválasztó felületet. Ezt igazán könnyen megvalósíthatj uk. 1. Egy poharat töltsünk félig vízzel, hintsünk bele konyhasót, amennyit csak fel tud a víz oldani! Tudjuk, hogy a sósvíz sűrűsége nagyobb, mint a tiszta vízé. Egy mási k pohárba pedig öntsünk tiszta vi zet! Ezt a tiszta vizet fessük tintával vagy kékítővel jó sötétre! Újságpapírból hajlítsunk tölcsért, a tölcsért törjük meg a 75/b ábra szerint, a végét illesszük a sósvíz és a pohár határvonalához és igen lassan, óvatosan öntsük a tölcsérbe a tintás vizet, hogy az szinte cseppekben jusson esés nélkül a pohár faláról a sósvíz felületére! A tintás víz a sósvíz fölött nem keveredő sötét réteget alkot. A két réteg határvonala annál élesebb, minél inkább sikerült az, hogy a tintás víz lassan, igen kis sebességgel csepegjen a pohár oldalára és onnan a sósvíz fölé . Ha a pohár mozdulatlan marad, még 2 nap múlva is jól lát ható a két réteg egyre elmosódóbb határvonala (88/a ábra). Ez a kísérletünk azt a fontos tanácsot adja, hogy az egymással keveredő folyadékok rétegeződése akkor sikerül, ha a ritkább folyadék igen lassan kerül a sűrűbb fölé. 2. Ugyanilyen módon igen szépen rétegezhetünk pálinkát vagy spirituszt kékítővel festett víz fölé, vagy tiszta vizet a kékszínű és sűrűbb rézgálicoldat fölé; pedig ezek mind keverednek egymással (88/b ábra). 3. A bor kisebb sűrűségű, mint a víz, mert a borban alkohol van (sűrűsége 0,8). Ezért ha megpróbáljuk, a bort 136

88. ábra. Különböző színű és különböző fajsúlyú folyadékokat rétegezhetünk egymásra. Alul mindig a nagyobb fajsúlyú marad. is sikerül a közönséges vízre rétegezni. Ha a bor színtelen, akkor a vizet festjük meg, hogy a rétegek jól láthatók legyenek. Ha a bor színes, pl. vörösbor, a víz lehet színtelen (89. ábra).

89. ábra. A víz és bor keveredés nélkül egymásra rétegezhető. 4. További kísérletek: próbáljunk hosszú, keskeny pohárba sósvizet, festett tiszta vizet, bort, petróleumot és spirituszt egymás fölé rétegezni! Petróleumot ragyogó pirosra, a spirituszt pedig kékre 137

színezhetjük, ha néhány szálacska báránypirosítót dobunk bele. A báránypirosító drogériában, Háztartási Boltban olcsón kapható; grammja néhány fillér. A vizet tinta helyett jobb kékítővel színezni, mert akkor nem fogja meg az edény falát. Jó vízpirosító a céklalé is. A főkísérlet: vörösbor és víz Társaságban, ebédlőasztalnál nem szoktunk sem petró leummal, sem tintás vízzel találkozni, de előfordulhat vörösbor és víz és akkor itt az alkalom a nagy bemutatásra. Egymás mellett áll egy pohár vörösbor és egy pohár víz. Ki tudja egyiket a másikba átönteni egy újabb edény igénybevétele nélkül? Pontosan ugyanúgy járunk el, mint a petróleummal és a vízzel telt pohár esetén. A vizespoharat papírlappal fedjük le, megfordítjuk és a borospohár fölé tesszük. A papírlapot óvatosan oldalt húzzuk. A keletkező nyílás igen kicsiny legyen. Nagyon szép, amint a vörösbor összefüggő, vékony fonalak alakjában áramlik fel a pohár oldala mellett a pohár tetejébe, anélkül, hogy a környező nagytömegű vízzel összekeverednék! A nyílás olyan kicsiny legyen, hogy kb. 10 percig tartson, amíg a bor lassan megtölti a felső poharat! Ebben az esetben szinte teljes a helycsere (90. ábra). Ha a nyílást kissé nagyobbra hagyjuk, akkor 90. ábra. keveredés történik a bor A víz és a vörösbor helycseréje. 138

és a víz között és nem fog teljesen kicserélődni a két pohár tartalma. A kísérlet ugyanilyen jól sikerül akkor is, ha mi ké szítjük a »vörösbort« vízből, piros tintából és kb. 10% denaturált szeszt (spirituszt) keverünk hozzá. Hasonló jelenségek a természetben Mit láttunk ezekben a kísérletekben? Azt, hogy a kisebb sűrűségű anyag a nagyobb sűrűségű fölé emelkedik és ott rétegeződik. Ezzel a jelenséggel igen gyakran találkozunk, anél kül, hogy nekünk kellene ügyeskednünk előidézésükön. Tegyünk egy edényben hideg vizet a tűzhelylapra. Amikor a víz langyosodni kezd, dugjuk bele az ujjunkat. Határozottan érezzük, hogy a víz felső rétege meleg, az alább levő meg hideg. Hogyan lehetséges ez, hiszen az edény meleg fenekével a víz alsó rétege érintkezik, miért lesz mégis felül melegebb a víz? Az alul megmelegedett vízrészecskék azonnal felszállanak a víz tetejére, mert a melegebb víz ritkább. Így tehát a kisebb sűrűségű meleg víz a hideg víz tetején rétegeződik és lassanként átforrósodik ilyen helycsere közben az egész víztömeg. A levegő is így melegszik fel. Először a talaj lesz meleg, mert elnyeli a napsugarakat. Azután a talajjal érintkező földfelszíni levegő melegszik fel. A felmelegedett levegő felszáll. — Szép nyári napokon megfigyelhetjük, hogy ez a felszálló levegő hogyan viszi magával egyre magasabbra a szárnycsapás nélkül köröző gólyákat meg a vitorlázó repülőgépeket.

139

AZ ANYAG LYUKACSOSSÁGA A vízgőz és a kartonpapíros Forraljunk fel vizet egy bádogpohárban annyira, hogy erősen gőzölögjön! Borítsuk le elég vastag keménypapírossal! Azután tegyünk üvegpoharat szájával lefelé a papírlapra, a bádogpohár fölé! Néhány másodperc múlva azt látjuk, hogy gőz tölti meg a felső poharat. A gőz a kemény papíron hatolt át (91. ábra). Az is elegendő, ha gőzölgő teás-, kávéscsészénket borítjuk 91. ábra. így le. Az üvegpohár rövid A gőz áthatol a kemény idő után elhomályosodik, gőz papírlap pórusain. csapódik belül a falára. Gyertyát fújunk el téglán át Egy tégla két szemközti legkisebb lapjába lyukat fúrunk. A lyukakba jó szorosan üveg- vagy fémcsövet gipszelünk. Azután az egész téglát bevonjuk megolvasztott padlóviasszal. A csövek közül az egyik csúcsosodjék ki és szűk nyílásban végződjék! (92. ábra.)

92. ábra. Egy téglán keresztül is el lehet fújni a gyertyát. 140

Irányítsuk a csúcsos cső nyílását gyertyalángra! Fúj junk bele erősen a másik csőbe! A gyertya elalszik. Ez a kísérlet azt bizonyítja, hogy a tégla lyukacsos (ezt eddig is tudtuk) és ezek a lyukacsok a tégla belsejében egymással összeköttetésben vannak (ezt nem tudtuk). A kísérlet még azt is bizonyítja, hogy a falon keresztül is szellőzik a szoba. A meghizlalt tojás. Egy lehetetlennek látszó feladat A víz lassan átnedvesíti a keménypapírt is meg a téglát is. Ez is bizonyítja, hogy ezek az anyagok lyuka csosak. De ha egy tojásról óvatosan úgy tudnánk eltávolí tani a kemény héját, hogy az alatta lévő hártyaburok épen maradjon, azt tapasztalnánk, hogy ezen a hártyán nem szivárog át a tojásfehérje. Sőt, ebbe a hártyából készült edénykébe vizet is önthetnénk, és még csak át sem nedvesednék bármennyi idő múlva sem. Ugyanígy vagyunk a pergamenttel, celofánpapírral is. Ha az ilyen papírral lekötött befőttes üvegeket fel fordítjuk, a pergamentpapíron vagy celofánhártyán nem szivárog át folyadék. Mégis, ezekről az anyagokról is ki tudjuk mutatni, hogy lyukacsosak (pórusaik vannak) és hogy rajtuk átha tolnak a gázok, a folyadékok. Feladat. Kezünkben tartunk egy tojást. A tojás héján semmiféle lyukat ütni nem szabad! Ki tudna a tojás belsejébe legalább annyi vizet belevinni, mint a tojás köbtartalmának fele? Kikötjük azonban, hogy a tojásban az eredeti tarta lomnak is benne kell maradnia. Azt hiszem, mindenki azt mondja, hogy ez teljesen lehetetlen feladat. Pedig milyen egyszerűen és biztosan meg lehet valósítani! Nem kell hozzá semmi más, csak egy kis pohár, amibe a tojás éppen belefér, egy kis ecet és – három nap. T er mészet esen a pohár l ehet nagyobb i s. Mi azér t 141

alkalmaztuk a 93. ábra szerinti kis poharat, hogy minél kevesebb ecetet használjunk fel. A kísérlet, öntsünk a pohárba annyi közönséges ételecetet, hogy a tojásnak kb. fele kiálljon az ecetből, ha a tojást a pohárba tesszük!

93. ábra. Így hizlaljuk meg a tojást. A tojás ecetben maradt felületén azonnal pezsgést figyelhetünk meg. Az ecet kezdi oldani a tojás kemény mészhéját. Kb. 2 nap múlva egészen feloldódik a mész héj és a tojásnak az ecetbe merülő részén csak a puha, rugalmas tojáshártya marad meg. – A tojás másik felén megmarad a kemény mészburok is. Három nap múlva furcsa dolgot veszünk észre: meghízott a tojás. Megitta az ecetes víz nagy részét. A mész héjat éppen azért hagytuk meg a tojás felén, hogy a csu pasz rész hatalmas duzzadását összehasonlíthassuk az ép féllel. Fokozhatj uk és gyorsí thatj uk a duzzadást az által, ha a mészhéj nélküli tojást tiszta vízbe tesszük. A csak hártyával burkolt tojás egy nap alatt eredeti térfogatának többszörösére duzzadhat (ha a tojást só savba tesszük, egy-két perc alatt leoldódik a mészhéja). Mi okozta a térfogatnövekedést? Az, hogy a tojás hár t yáj án át ví zmol e kul ák hat ol t ak a t oj ás bel sej ébe. 142

Kivonjuk a vizet a tojásból Ha ezt a megdagadt tojást a vízből kivesszük, a tojás belsejébe hatolt víz nem fog keresztülcsöpögni a tojás hártyán. Hónapokig kellene várnunk, amíg a hártyán át igen lassan elpárologna a belső nedvesség. Tegyük a víztől duzzadt tojást alkoholba (spirituszba)! A víz olyan gyorsan eltávozik a tojás belsejéből a hártyán keresztül, mint amilyen gyorsan bejutott. Kísérletünk azt bizonyítja, hogy az anyag lyukacsain a folyadékok is áthatolnak, még hozzá olyan anyag lyukacsain is, amelyről azt hittük, hogy a folyadékot nem ereszti át. Miért ment a víz egyszer be a tojásba, másszor meg ki? Ez a fizikusoknak is komoly fejtörést okozott. Lássuk csak: először kívül volt a sok tiszta víz – befelé törekedett a tojásba, ahol kevés volt a víz. Tehát a víz olyan helyre törekedett, ahol – hígíthatta a folyadékot (a tojáshártyán belüli anyagot). Amikor pedig a tojást spirituszba tettük – a spiritusz alkohol és víz keveréke – a tojás belsejében lévő víz most a spirituszt akarta tovább ritkítani, ezért belülről kifelé áramlott. A víz tehát az elválasztó hártyán át abba az irányba áramlik, ahol további hígítást okozhat. Tegyünk egy, a kocsányán lévő ép szőlőszemet vagy cseresznyét tiszta vízbe! A szőlőszemen belül cukros oldat van. A szőlőszem néhány nap alatt annyira meg duzzad, hogy elreped. Víz hatolt bele, hogy hígítsa a cukoroldatot. Tegyük a cseresznyeszemet vagy szőlőszemet jól megsózott vízbe! Néhány nap múlva a betett szem öss zetöpörödik, megráncosodik, térfogata kisebb lesz. A belse jéből víz szivárgott át a héján, hogy felhígítsa a kívül lévő erős sóoldatot. Az ilyen jelenség neve: ozmózis. Az állati test is minden oldalról hártyával körülzárt sejtekből áll. A sejtfalon át ozmózis útján történik az életműködéshez szükséges nedvek kicserélődése. 143

KÍSÉRLETEK A FELÜLETI FESZÜLTSÉGRE SZAPPANOS VÍZZEL A kifeszülő cérnaszál Vékony (körülbelül 1 mm-es) drótból készítsük el a 94. ábra szerinti keretet! A keretre kössünk cérnaszálat! Mártsuk a keretet szappanos vízbe, hártya feszül a keretre (94/a ábra). Ujjunkkal vagy pálcikával bökjük át a hártyát a cérnaszál egyik oldalán! A másik oldalon megmaradó hártya köralakúra feszíti ki a cérnaszálat (94/b ábra).

94. ábra. A szappanhártya a lehető legkisebb felületet igyekszik felvenni. A keletkező lyuk a lehető legnagyobb felületű lesz, amit csak a cérnaszál körülfoghat. Ebből következik, hogy a szappanhártya felülete pedig a lehető legkisebb lesz. Íme, a törvény: a szappanhártyák mindig a lehető legkisebb felületre törekszenek. Ezt látjuk a következő kísérletekben is. 144

A gyertya eloltása a) Öntsünk szappanoldatot egy tányérba és fújjunk az oldat felületére buborékot! Nedvesítsünk meg a szappan oldattal egy szalmaszálat (nádszálat, üvegcsövet) és szúr juk bele a buborékba! Miközben a buborék összehúzódn i törekszik, a levegőt akkora sebességgel nyomja ki, hogy a levegőáram elfújja a gyertyát (95/a ábra).

95. ábra. Gyertyát oltunk el szappanbuborékkal. b) Ugyanezt a kísérletet bádogtölcsérrel is elvégez hetjük (95/b ábra), ha karimájára szappan gömböt fújunk. Ezek a kísérletek igazolják, hogy a szappan buborék aránylag nagy erővel húzódik össze, a buborék a felületét csökkenteni törekszik. KÖZÖNSÉGES VÍZZEL Játék a borotvapengével 1. A vitorlázó penge. Már láttuk, hogy borotvapengét a lapjával nyugodtan ráhelyezhetünk a víz felszínére, úszik rajta, pedig az acél körülbelül nyolcszor nagyobb fajsúlyú, mint a víz. Vékony papírt hajtsunk össze tölcséresre. Elég nagy papírtölcséreket állíthatunk az úszó penge lapjára. Az ilyenformán vitorlával ellátott pengét már egészen gyenge 145

légáramlatok is mozgásba hozzák. De vigyázzunk, mert a vitorlát a fúvás könnyen vízbe borítja (96. ábra). 2. A közegellenállás kimutatása. Fújjunk óvatosan a vitorlára az ábrán jelzett irányban! A penge gyors mozgásba jön, mert keskenyebb oldalával halad a vízzel szemben. Fújjunk a vitorlára a penge hosszára merőleges irányban! Meglepő, hogy milyen lassan halad a penge. Most ugyanis a hosszabbik oldalával, a nagyobb felülettel megy szembe a vízzel. Fürdés közben sokszor tapasztalhattuk, hogyha mellünkig a vízben vagyunk, még nagy erőkifejtéssel is csak lassan tudunk előrehaladni. Ilyenkor ugyanis testünknek 96. ábra. nagy felülete mozog szemben A vízre fektetett borotvaa vízzel, a nagy felületre penge még egy papírtölcsért nagy a közegellenállás. Az is elbír. úszó sokkal könnyebben és gyorsabban mozog a vízben, mert-ráfekszik a vízre és testének alig nagyobb felülete halad szemben a vízzel, mint a feje és a válla. 3. A borotvapenge-iránytű. Mágnesezzük meg a borotvapengét! Fektessük vízre! Tengelyével észak-dél irányba áll be. Mutatót is készíthetünk neki úgy, hogy egy két- vagy ötfilléresre fél gyufaszálat erősítünk pecsétviasszal, a gyufaszál felső végét lehasítjuk, és 97. ábra. A borotva-iránytűre könnyű papírnyilat illesztünk bele (97. ábra), azután az egészet a vízen állítható mutató. úszó borotvapenge közepére állítjuk. 146

A vízen úszó pénzdarabok A borotvapengénél vagy tűnél nehezebb fémtá rgyak sem merülnek alá a vízben, ha óvatosan tesszük őket a víz felületére, úgyhogy lapjuk egyszerre érintse a vízfelületet. Erre a célra drótból vagy hajtűből a 98. ábra szerint egy kis tartót hajlítunk. A tárgyat először a tartóra helyezzük, azután óvatosan ráteszszük vele a víz színére. A víz színén úszva maradnak az összes alumíniumból készült pénzérméink, még az egyforintos is. Figyeljük meg a vízre helyezett pénzdarabok szélén a víz felületét! Látjuk, hogy a víz a pénzdarab ol98. ábra. dalán kidudorodik, csakúgy feszül a Drótból hajlított tarpénzdarab súlya alatt. Mintha rugaltóval helyezhetjük a mas hártyára fektettük volna a pénzvíz színére a tárdarabot. gyakat. Feljön-e a víz alól? Tudjuk, hogy ha a víz felszínén úszó parafadugót a víz alá nyomjuk, az újra a felszínre bukkan. De készít hetünk olyan dugót, amely bár kezdetben úszik a vízen, ha alámerítjük, nem jön a víz felszínére. Szerezzünk egy borosüvegbe való parafadugót! A dugó egyik végére erősítsünk a 99. ábra szerint, vékony drótból (például virágdrótból) hajlított, körülbelül 10 cm sugarú karikát! A másik végébe pedig szúrjunk 6—8 cm hosszú, vékony drótot! Ennek a drótnak végét vagy görbítsük meg, hogy súlyokat akaszthassunk rá, vagy pedig sztaniolból egy kis kosarat erősítsünk rá, amelybe nehezéket rakhatunk! A f el ső dr ót kar i ka kö zepe essék a du gó l apj ának 147

közepe felé, és ha a szerkezet a vízen úszik, akkor a gyűrű álljon vízszintesen (99/a ábra). Az alsó drótvéget vagy kosárkát mindaddig terheljük, amíg a függőlegesen álló dugóból csak 8 -10 mm áll ki a vízből.

99. ábra. Ez a készülék könnyebb a víznél, úszik rajta. Víz alá merítve mégsem jön fel a dugó a víz alól. Nyomjuk a szerkezetet merőlegesen a víz alá és eresszük el! A drótkör megakad a víz felszínébe, s mintha gumihártya lenne ott, kissé felfelé feszíti (99/b ábra). A FELÜLETI FESZÜLTSÉG CSÖKKENTÉSÉN ALAPULÓ KÍSÉRLETEK A szétfutó gyufaszálak Öntsünk vizet egy lapos tányérba. A víz tetej ére helyezzünk egymástól 1-2 cm távolságban 2 gyufaszálat! Az a kérdés, hogyan lehet szétfuttatni őket ? (100/a ábra.) Csak a szappan csücskét kell kissé odaérinteni a két 148

gyufaszál közölt a víz felszínéhez a gyufaszálak meglepő sebességgel ugranak szét. Mi ennek a magyarázata? Az, hogy a szappan oldá sakor a víz felszínén szappanoldat terül el, ez megkisebbíti a gyufaszálak közötti felületi feszültséget. De a gyufa szálak másik oldalán fennmarad a nagyobb feszültség, ez szétrántja a gyufaszálakat.

100. ábra. Ha a + jellel jelzett helyen a víz felszínéhez szappant érintünk, a gyufaszálak szétfutnak. A kísérletet úgy is elvégezhetjük, hogy a gyufaszálakat csillagalakban fektetjük a tiszta víz felületére (100/b ábra). Érintsük egy szappandarabkával a víz felületét a csillag középpontjában! A gyufaszálak szétfutnak. Fontos: minden kísérlethez új, tiszta vizet vegyünk, mert a már beszennyezett vízfelületen nem lehet tovább kísérletezni! A szappanmotoros csónak a) Az elvet bemutató kísérlet. Vágjunk ki papírból akkora formát, mint azt a 101/a ábra mutatja! A papír vonalkázott végét dörzsöljük kissé nedves szappanfelülethez, azután fektessük egy mosdótálban lévő tiszta vízre! 149

De a vízen úszó papírlap felülete maradjon száraz! A papírlap úszni fog a nyíl irányában. A magyarázat egyszerű: a szappanos oldalon kisebb lesz a felületi feszültség, elől megmarad a vízhártya erősebb húzása – tehát a lap előre mozog. Jó, ha egy közönséges papírszeletet is helyezünk a vízfelületre. Ez mozdulatlan marad. Látható , hogy nem a víz áramlása mozgatja csónakunkat. b) A sokáig haladó csónak. Vágjuk ki közönséges papírból a 101/b ábra szerinti alakot! Akkora nagyság -

101. ábra. A szappanmotoros csónak. ban, mint az ábrán látható. Az ábrán megjelölt helyre fél gombostűfejnyi szappanpépet kenünk, illetve parányi, szappanról lekotort vakarékot nyomunk oda ujjunkkal. A hajót egy villára (vagy hajlított drótra) tesszük és óvatosan a mosdótálban lévő ujjnyi magas víz felületére helyezzük. A hajó sebesen mozgásba jön. Mozgás közben időről időre lökjük az orrát drótdarabbal vagy pálcikával a kellő irányba! A kis hajó egy nagy mosdótálban többször körbejár. Például egyik kísérletben 22 cm átmérőjű kört 3-szor futott be, mintegy 2 méteres utat tett meg. Minél inkább szappanos lesz a víz felülete, annál inkább csökken a hajó sebessége. c) Órákig fut a víz színén kis hajónk, ha szappan helyett pecsétviasszal egy kis kámfordarabkát ragasztunk a szappan 150

helyére (lásd a „d” kísérletet!) Órákig fut a víz felületén egy gyufaszál is, ha a végét behasítjuk és a hasadékba egy kis kámforszilánkot csíptetünk. d) A forgó fogpiszkáló. Lapos fogpiszká102. ábra. lóra van szükségünk. Az oldalán szappannal megdörzsölt A fogpiszkáló vége felé lapos fogpiszkáló vízre téve körbe az élét dörzsöljük nedfordul. vesített szappanhoz. Fektessük a fogpiszkálót lapjával a tiszta és nyugodt vízfelszínre. A fogpiszkáló a csúcsa körül körben fordul (102. ábra). Az előzők alapján már természetes ez a jelenség. A napokig forgó forgó! Dugóból levágott parafakorongba tűzzünk két varró tűt! A tűk végére szúrjunk egy -egy kis parafakockát! A parafakockák 103. ábra szerinti oldalára ragasszunk pecsétviasszal egy-egy kámforlapot! Azután tegyük vízre! A szerkezet forgásba jön. A szerkezet csak akkor működik kifogástalanul, ha még a kezünkről sem tapad rá semmi zsír. Azért kezünket a szerkezet készítése előtt gondosan meg kell mosni. A kámfordarabkát csipesszel kell megfogni és nem kézzel. A kámforlap felragasztása úgy történik, hogy elő zőleg pecsétviaszt cseppentünk a parafakocka lapjára. Ezt gyertyalángon megpuhítjuk és csipesszel rátesszük a kámforlapot. A vizet tartalmazó edényt (tányért) is előzőleg gondosan tisztára kell súrolni! 151

Magyarázat: A kámfor párolog. Ahol a kámforgőzök érik a vízfelületet, ott kisebb lesz a felületi feszültség – de a másik oldalon megmarad a nagyobb erővel feszülő hártya – elmozdítja a parafadarabot.

103. ábra. Kámforos forgó a vízen. A kámfor azért alkalmasabb, mint a szappan, mert a kámforgőz azonnal elszáll, nem marad utána állandóan beszennyezve, további kísérletekre alkalmatlanná téve a vízfelület. De az elv bemutatására, rövidebb ideig tartó mozgá sok előidézésére igen jó a mindenütt kéznél levő szappan.

152

KÍSÉRLETEK AZ ÁRAMLÓ LEVEGŐVEL Hogyan emelkedik a repülőgép? Ezt már mindegyikünk tudja – gondoljátok ti. Meglátjuk, hogy nem így áll a dolog. Bizonyos, hogy így gondolkodtok: a ferdén álló repülőgépszárny alsó felének nekiütközik a levegő, ott a levegő nyomása megnagyobbodik, és ez felemeli a gépet. Olyanformán, mint azt a következő kísérlet mutatja. Kísérlet. – A légáramban ferdén tartott lap. Egy kis könnyű dekorációs lécdarabka végét hasítsuk be átlósan és a hasadásba szorítsunk be könnyű, de merev papír lapocskát! (104. ábra.)

104. ábra. A légáramba ferdén tartott lap felemelkedik. A rudat egyensúlyozzuk kinyújtott ujjunkon és fújjunk a lap felé vízszintes irányban! A lap felemelkedik. – Jól tudjuk, hogy így emelkednek a sárkányok is a levegőbe. Ilyen síklap volt kezdetben a repülőgépek szárnya. 153

De ma már a repülőgépek szárnya nem síklap, hanem a 105/a ábra szerinti keresztmetszetű. Miért volt korszakalkotó az ilyen, úgynevezett áramvonalas »tele« szárny feltalálása? (Feltalálója Zsukovszkij.) Két okból: 1. Az ilyen szárny sokkal kisebb ellenállással találko zik a levegőben mozgás közben, mint a síklap. 2. Az ilyen alakú szárny esetén nemcsak a lap aljának ütköző levegő nyomása emeli a szárnyat, hanem egy másik erő is. Ezzel az erővel fogunk a következő kísérleteinkben foglalkozni. Nézzük a 105/b ábrát! A szárny vastag, útj át állj a a nekiütköző levegőnek, a levegő útja megkeskenyedik,

105. ábra. Miért nem síklap a repülőgép szárnya? ezért a szárny homloka felett kénytelen gyorsabban áramlani. De a sebesebben áramló levegő nyomása kisebb lesz. Ezért a szárny felső homlokfelületén kisebb a légnyomás, mint az alsó felületen. Márpedig a test a nagyobb nyomás helye felől a kisebb nyomású hely felé mozdul el – a szárny felemelkedik. Mintegy felfelé szívja a felső homlokfelületen keletkező ritkulás. Ez a szívó erő általában kétszer akkora, mint a szárny alsó felületére ható nyomó-emelő erő. Látható, hogy azonos körülmények között a Zsukov 154

szkij-féle szárnyra kb. háromszor akkora erő hat, mint a síkfelületű szárnyra. Következő kísérleteinkben kimutatjuk, hogy a sebesség növekedés valóban nyomáscsökkenéssel, szívó hatással jár. A felemelkedő papírlap Ez a kísérlet több mint 100 éves. Az emberiség legnagyobb kísérletező fizikusa végezte először, Faraday (olv. Feredéj, 1791—1867). Nem kell hozzá semmi egyéb, mint egy kb. 5 cm · 5 cm nagyságú papírszelet. a) Zárjuk össze kezünkön egyenesen kifeszített uj jainkat! Azután tartsuk közvetlenül (½ -1 cm-re) a papírlap fölé! Közép- és mutatóujjunk között fújjunk erősen a papírlap felé! A papírlap felemelkedik (106. ábra).

106. ábra. Fújásra a papírlap felemelkedik. b) Ezt a kísérletet célszerűbben végezhetjük el akkor, ha üvegcső vagy rézcső végére egy fél cérnaorsót teszünk, a cérnaorsó lapjához meg egy lemezt is erősítünk (fém, keménypapír) és ezt tartjuk a papírlap fölé (106. ábra). Az ábrán látható, hogy tenyerünk (a cérnaorsóhoz erősített lap) és a papírlap közötti szűk nyíláson át nagy 155

sebességgel kellett áramlania a levegőnek. A sebes légáramban nyomáscsökkenés következik be, a csökkent nyo mású hely felé elmozdul az alsó papírlap – felemelkedik. (Miért nem lehet a könyv összetapadt lapjait fúvással szétválasztani?) A fújás és a gyertyaláng a) összetekert papírlapból készítsünk papírcsövet! Fújjunk el a csővel a gyertyaláng mellett! –Várakozásunk ellenére a láng a levegőáram felé hajlik el. b) Még nagyobb fokú az elhajlás, ha még sebesebb levegőáramot állítunk elő úgy, hogy a gyertya mellé egy könyvet állítunk és a gyertya meg a könyv oldala közé fújunk el úgy, hogy a csövet inkább a könyv oldala felé irányítjuk (107. ábra).

107. ábra. Ha a könyv és a gyertya között elfújunk, a láng a könyv felé hajlik el. A magyarázatot már tudjuk: a gyertyaláng könyv felőli oldalán a sebes áramlás miatt megkisebbedett a nyomás. A gyertyaláng külső oldalán változatlan marad a nyomás. A láng a kisebb nyomású hely felé hajlik e l. Talán a legérdekesebb! Hajlítsunk meg a 108. ábra szerint villaalakúra egy drótot! A villa két ágára akasszunk meghajlított fém lemezt vagy papírlapot, pl. levelezőlapot! 156

Fúj j unk f el ül r ől a l apok kö zé! A zt vár nánk, hogy a lapok szétnyílnak. – Éppen az ellenkezője következik be: a lapok összecsapódnak. Annál nagyobb erővel záródnak össze, minél sebesebb a közéjük fújt levegőáram. A lapok között sebesen eláramló levegő nyomása kisebb, mint az oldalt nyugvó levegő nyomása.

108. ábra. Ha felülről a lapok közé fújunk, a lapok szétnyílás helyett összecsapódnak, mert a közöttük sebesen eláramló levegő nyomása kisebb, mint oldalt a nyugvó levegő nyomása. Ez a kísérlet kitűnően szemlélteti a görbült repülőgép szárny görbülete felett elsikló sebes légáram szívó hatását is, mert a lap akkor is elbillen fújáskor a görbület felé, ha csak egyedül függ a villán. A ping-pong labda Tegyük le a ping-pong labdát az asztallapra! Papírcsövünkkel fújjunk el a labda oldala mellett! (109. ábra.) Azt várnánk, hogy az odafújt levegő ellöki a labdát. Ellenkezőleg, a labda a sebesen áramló levegő, a fúvás felé mozdul el (mert itt kisebb a nyomás). 157

109. ábra. Ha csővel elfújunk a ping-pong labda mellett, a labda a jelzett irányba mozdul el a kisebb nyomás helye felé. Megmérjük a nyomáscsökkenést Az előző kísérletek bebizonyították, hogy az áramló levegő (folyadék) nyomása kisebb, mint a nyugvó gáz (folyadék) nyomása. A most következő kísérletünk pedig azt mutatja meg, hogyan lehet ezt a nyomáscsökkenést pontosan meg is mérni? Görbítsünk meg lángon U-alakúra egy üvegcsövet , (110. ábra) és öntsünk bele vizet! A jobb láthatóság céljá ból színezzük meg a vizet kékítővel! Közlekedő edényünk mindkét szárában egyenlő maga san áll a víz. Papírcsövünkkel vagy egy üvegcsővel fújjunk el vízszintesen a közlekedő edény egyik nyílása felett! Néhány próbálkozás után eltaláljuk a helyes fúvást, amikor a levegő éppen eláramlik a cső nyílása felett. Azt látjuk, hogy ebben a csőben a vízoszlop feljebb e melkedik, mint a másik csőben. Több centiméteres magasságkülönbséget is elérhetünk. A cső feletti sebes levegőáramban kisebb a nyomás, mint a cső másik szára feletti levegőben. 158

A nyomáscsökkenés nagyságát úgy mérjük meg, hogy lemérjük a cső két szárában lévő folyadék felszíne közötti magasságkülönbséget. Ha mérni tudjuk a nyomáscsökkenést, akkor már a fizikusok könnyen megtalálják a számbeli összefüggést a szélsebesség és nyomáscsökkenés között.

110. ábra. Fújjunk el a csővel a közlekedő edény egyik nyílása felett! Ebben a szárban a vízoszlop feljebb emelkedik, mert a sebes levegőáramban kisebb a nyomás, mint a cső másik nyílása feletti nyugvó levegőben. A nyomáscsökkenés nagyságát úgy mérjük, hogy lemérjük a két folyadék felszínmagasságának különbségét. Hogyan méri sebességét a repülő? Kísérletünk azt mutatta, hogy minél sebesebben fújunk el a cső nyílása felett, annál nagyobb lesz a cső két szárában lévő folyadékfelszínek magasságkülönbsége. Tudományos intézetekben végzett mérések szerint, ha például az egyik cső nyílása felett eláramló levegő sebessége 8 méter másodpercenként, akkor a két csőben a vízfelszínek különbsége 4 mm. Ha a szél sebessége 32 méter másodpercenként, akkor a vízfelszínek különbsége 64 mm, és így tovább. Feleljünk most erre a kérdésre: ha egy alkalommal azt tapasztalnánk, hogy a vízfelszínek különbsége 4 mm, meg tudnánk-e mondani, hogy mekkora lehet a fújásban áramló levegőnek, a szélnek a sebessége? – Éppen előbb 159

említettük, hogy ilyenkor a szél sebessége 8 méter másod percenként. Képzeljük magunkat repülőgépen! Egy ilyen U -alakú cső egyik szára kívül van a gépen, a másik szára meg belül. A gép repülni kezd. Mi történik? A cső kívül lévő vége felett sebesen áramlik a levegő. Ezért a külső csővég felett csökken a levegő nyomása, a csőben felemelkedik a víz, a belül lévő csőben pedig lesüllyed. Mérjük meg a felszínek magasságkülönbségét! A mérés szerint a magas ságkülönbség 64 milliméter. Mit tudunk ennek alapján megmondani? Azt, hogy a repülőgép sebessége 32 méter másodpercenként – mert hiszen előbb láttuk azt, hogy tudományos intézetben végzett mérés szerint akkor, ha a cső egyik szára felett 32 méter másodpercenkénti sebességgel áramlik el a levegő, a vízfelszínek magasságkülönbsége 64 milliméter. Íme, ilyen egyszerű készülékkel mérhetjük meg nemcsak a szél sebességét, hanem a repülőgép sebess égét is, sőt ugyanilyen készüléket használnak arra is, hogy meg állapítsák a gyárkéményben felemelkedő levegő sebes ségét, a kéménynek a huzatját. Mi dobja le a cserepet a háztetőről? Azt hinnénk, hogy a cserepek alá fújó szél emeli fel a cserepet. Ez nem így van. Sokkal nagyobb a háztető fölött sebesen eláramló levegőnek a szívó hatása. A háztető alatt, a padláson nyugszik a levegő. A ház tető felett sebesen mozog. Tehát a háztető felett nyomáscsökkenés van. A padláson lévő nagyobb nyomású levegő kifelé nyomja a tetőt (111. ábra). Ha óránként 72 km sebességű (gyorsvonat sebességű) viharos szél fúj, akkor egyl0m·5 m nagyságú tetőre 1300 kg emelőerő hat. Az egyes tetőfedő lemezekre ható emelő erő néhány kilogramm lehet, ami a laza lemezt felsza kítja. 160

111. ábra. A ház felett sebesen áramló levegő nyomáscsökkenést okoz. A tetőn belül nyugszik a levegő, tehát ennek a belső levegőnek nagyobb a nyomása. Ez a belülről kifelé ható nyomás nagy szél esetén akkora lehet, hogy leszakítja a háztetőt is. Hogyan esik a forgó test, vagy a »csavart« lövésű futball-labda? Egy lap írópapírt hajlítsunk cső alakú tekercsbe! Ragasszuk is meg, hogy egy körülbelül 2—4 cm átmérőjű, 20—30 cm hosszú könnyű papírhengerünk legyen! Szép szabályos hengerünk lesz, ha a papírt seprűnyélre tekerjük, a szélét leragasztjuk, azután lehúzzuk a seprűnyélről. Tegyük fel a seprűt a szekrény tetejére, szorítsuk le a végét néhány könyvvel! A seprűnyélre kössünk két cérnaszálat! (Kb. 2 m hosszúakat.) A cérnaszálak alsó végéhez pedig kössük hozzá papírhengerünket! Azután forgassuk a hengert (mindegy, milyen irányban), amíg a cérna a 112. ábra szerint feltekeredik rá! Engedjük el a hengert! A henger forgásba jön. Meg lepődve látjuk, hogy a papírhenger nem függőlegesen esik, hanem feltűnően oldalirányba repül el a függőlegestől. Pl. 2 cm átmérőjű, 30 cm hosszú félív írópapírból készült csövet használtunk. Ha 1 m magasról ejtettük le, a cső esés közben 70 cm-rel tért el a függőlegestől! Tekercseljük a cérnát ellenkező irányban a csőre! Figyeljük meg most az eltérést! Az eltérés ellenkező irányba történik! 161

Ennek az érdekes jelenségnek Magnus-hatás a neve. Egyszerűbben is kitűnően megfigyelhetjük ezt a jelenséget:

112. ábra. A forgó papírhenger nem függőlegesen esik szabadon. 1. Tartsuk vízszintesen a csövet és ejtsük le! A cső függőlegesen esik. 2. Tartsuk tenyerünket felfelé, tegyük rá. a csövet, rántsuk el tenyerünket, hogy a cső tengelye körül forogni kezdjen! Érdekes csavartvonalú pályán esik le (113. 113. ábra ábra). 3. Engedjük vé- A tenyerünkbe tett papírcsövet tenyegiggurulni egy rajz- rünk elrántásával is forgásba hozhattáblán vagy deszjuk. Nem függőlegesen esik. 162

114. ábra. A Magnus-hatás magyarázata. A jelenség magyarázata

kán, amit lejtősen tartunk az asztal széléhez! (114. ábra.) Figyeljük, hogyan esik! A futball-labda és a teniszlabda is csavartvonalú pályán repül, ha nem a központja irányában kapja a lökést és pörög röptében (a játékosok »csavart« lövése). Figyeljük csak a labda repülését a teniszpályán!

nagyon egyszerű. A fogó hengerhez bizonyos mennyiségű levegő tapad. A henger mozgásba hozza a hozzátapadó levegőt a saját forgásirányában. Nézzük most a 114. ábrát! Az ábrán az egyes nyilak a henger által forgatott levegőréteg mozgásának irányát jelzik. Az ábrán a kettős nyilak pedig a viszonylag nyugvó levegő elmozdulását az eső hengerhez képest. A henger jobboldalán rajzolt nyilak iránya, azaz a két áramlás iránya ellenkező – gyengítik egymást. A henger baloldalán rajzolt nyilak iránya, azaz a kétféle levegőmozgás iránya azonos, erősítik egymást; itt sebesebben áramlik a levegő. Végeredményben a papírhenger baloldalán sebesebben áramlik a levegő, mint a jobboldalán. Ezért a baloldalán nyomáscsökkenés lép fel a jobboldalhoz képest. Az eső henger a kisebb nyomás felé, balra fog eltérni a szokásos esési pályától. Ezt kísérletünkben kitűnően megfigyelhetjük. 163

A lebegő ping-pong labda A nyomáscsökkenésen alapuló kísérletek közül ezt hagytuk utoljára, mert bár nagyon h atásos, de némi felszerelés és ügyesség kell hozzá. 1. Kb. 4 mm nyílású üveg- vagy fémcsövet hajlítsunk meg a 115. ábra szerint! Hajlítsunk a végére drótból egy kis kosárkát! Ha ebbe beletesszük a pingpong labdát, pontosan a nyílás fölött ül. Fújjunk bele a csőbe 115. ábra. először gyengén, később A lebegő ping-pong labda. erősebben! Fúvásunk alatt a labda lebegni fog a levegőben és utána visszaszáll a kosárba. Kisebb átmérőjű csövet is használhatunk, ha bodzabél ből, napraforgóbélből faragott golyókat akarunk lebegtetni. 2. Állandóan lebegésben tarthatjuk a labdát, sőt még a 116. ábra szerinti levegőben függő állásban is, ha állandóan tudunk légáramot fújtatni a csövön át. Igen sok háztartásban található meleg levegőt fújó hajszárító (főn) vagy vil116. ábra. lamos porszívókészüÁllandó légárammal oldallék, amely egy csöirányú lebegésben is tartvön keresztül fújja ki ható a labda. 164

a levegőt. Ha az ábrán látható csövünket ilyen készülékhez illesztjük, állandó erős légáramunk lesz. 3. A vízsugáron láncoló labda. Talán már láttunk függőlegesen felszökő vízsugár tetején 1-3 méter magasban táncoló labdákat. Ezt mi is előállíthatjuk (117. ábra). A siker titka az, hogy a vízsugarat igen vékony nyíláson át szöktessük függőlegesen felfelé. A cső nyílása ne legyen több, mint 1 mm. (Üvegcsövet lángon meglá gyítunk, így könnyű a szükséges vékony nyílású csövet készíteni.) A szűknyílású üvegcsövet gumicső segítségével kötjük a vízvezetéki csaphoz és a csap nyitá-

118. ábra. Így kerül vissza a lebegő labda újra a levegőáramba, ha ki akar esni belőle.

117. ábra. Vízsugáron táncoló labdák. sával szabályozhatjuk a vízsugár magasságát. A vízsugárba tett pingpong labda addig táncol a vízsugáron, amíg akarjuk. Még szebb a látvány, ha több, különböző színű labdát táncoltatunk. Ha ezt a kísérletet megpróbáljuk, feltétlenül a szabadban, a ház oldalán lévő csappal kezdjük el a kísérleteket, mert a szobában mindent összefröcskölünk. 165

Teremben csak akkor mutathatjuk be, ha nagyfelü letű vízfelfogó edényünk van, és már ügyesek vagyunk a kísérlet elvégzésében. A lebegő labda magyarázata. Tegyük fel, hogy a labda el akarja hagyni a levegő (víz)-áramot (118. ábra). Egyik fele már ki is jutott belőle. De az ellenkező oldalán sebe sen áramlik a levegő – nyomáscsökkenés, szívóhatás lép fel. Ez visszalöki, visszahúzza a labdát az áramlásba. AZ ÖRVÉNYLÉS Papírkorong a kötőtűn Erősítsünk kötőtűre egy kisebb papírkorongot! Húz zunk rá a kötőtűre egy nagyobb, elmozdítható papír korongot is I (119. ábra.)

119. ábra. Ha a kis korong felé fújunk, a nagy korong elmozdul a kicsi felé. Fújjunk a kis korong felé! Azt várnánk, hogy így elfújjuk vele a nagyobb korongot. Éppen ellenkezőleg! A nagy korong a kicsi felé repül. Ezt a jelenséget az előzők alapján csak némi gondol kodás után sikerülne megmagyarázni, pedig nagyon tanulságos, mert egy újabb jelenségre hívja fel a figyelmet, ami sok köznapi tapasztalatot tesz érthetővé. Ha a kis korongra fújunk, a kis korong szélén nyo máscsökkenés lép fel. A csökkent nyomású helyre áramlik 166

a kis korong mögötti levegő – tehát a kis korong mögött is nyomáscsökkenés keletkezik (igen kis mértékben lég ritkított tér.) – (120. ábra).

120. ábra. Ezért mozdul el a nagy korong a kis korong felé. Ebbe a csökkent nyomású térbe löki be a nagy korongot a másik oldalán ható légnyomás. Az örvények keletkezése A két korong között lévő csökkent nyomású térbe beáramlik a környező levegő. A nyomáscsökkenés ter mészetesen nem minden térrészben ugyanakkora. A levegő a legkülönbözőbb irányokban áramlik be a mozgó test utáni térbe, közben örvények keletkeznek. A nyomáscsökkenés az áramló folyadékokban is fellé p. Ezért a folyadékokban is keletkeznek örvények a test mögött. Ezt jól megfigyelhetjük a folyóvízbe tartott pál cika mögött, hajók és hídlábak mögött. De magunk is előidézhetjük. Örvények láthatóvá tétele: öntsünk vizet egy mosdótálba! Hintsünk lisztet a vízbe, amíg a víz átlátszóságát elveszti. Egy főzőkanalat (vagy kezünket zárt ujjakkal) mártsunk a vízbe és mozgassuk! Jól láthatjuk a mozgó tárgy mögötti csökkent nyomású térbe áramló folyadék örvényeket (mindegy, hogy a folyadék mozog és a test 167

áll, vagy a test mozog és a folyadék áll). Csak az a fontos, hogy a test és a folyadék egymáshoz képest változtassák helyüket. Bármelyik esetben áramlik a levegő vagy a folya dék a testhez képest. A gyertyaláng, mint örvényvizsgáló A gyertyaláng a legkisebb levegő mozgást is követi, ezért kitűnően fel lehet használni az örvényekben áramló levegő mozgásának vizsgálására. Hogy a gyertya lángjának lobogását láthassuk, át látszó testet kell választani, hogy rajta keresztül figyel hessük a test mögötti levegőörvényeket.

121. ábra. A befőttes üveg mögé különböző helyekre tett gyertya lángja mutatja a levegőáram irányát azon a helyen. Tegyünk az asztalra befőttes üveget, mögéje állítsuk a gyertyát és fújjunk a befőttes üveg felé! A gyertya lángja nem a fújás irányába fog lobogni, hanem mindig más -más irányba, aszerint, hogy hová állítjuk (121. ábra). Ezt nem lehetne elhinni! Vegyük elő akár a legszélesebb befőttes üvegünket! Állítsuk háta mögé a gyertyát és fújjunk erősen az üveg felé! A gyertyát könnyen és biztosan elfújhatjuk, mintha, az akadály ott sem volna (122. ábra). 168

122. ábra. A gyertya elfúvása a »befőttes üvegen keresztül«. Próbáljuk meg literes üveg mögé, Vimes-doboz stb. mögé tenni a gyertyát! Hol, milyen távolságban alszik el a legkönnyebben? Mi oltja el a gyertyát? Levegőörvények a mozgó test mögött Előző kísérletünkben állt, mozdulatlan volt a befőt tes üveg is, meg a mögötte lévő gyertya is és mi úgy ke ltettünk levegőmozgást, hogy a befőttes üveg felé fújtunk. Most kissé megváltoztatjuk a kísérletet. Első kísérlet. Fogjuk egyik kezünkbe a befőttes üve get, a másik kezünkbe a gyertyát és tartsuk a gyertyát a befőttes üveg mögé! Azután kezdjünk el körbefo rogni! A levegő eláramlik a befőttes üveg mellett, az üveg mögött megint örvények keletkeznek és a gyertya lángját sza bálytalanul ide-oda táncoltatják az örvények. Második kísérlet. Hogy valóban az üveg mögött keletkező levegőörvények lobogtatják a gyerty alángot, arról így győződhetünk meg: csak a gyertyát mozgassuk körbe ugyanakkora sebességgel, mint előbb. A lángja egyszerűen elhajlik, de nem libeg-lobog ide-oda, mint az előző kísérletben. Előző kísérletünk tehát azt bizonyítja, hogy a levegőben mozgó test mögött légörvények keletkeznek. – Előnyös-e az, hogy a gépkocsi, a repülőgép, a hajó mögött örvénylésbe jön a levegő? 169

Nem előnyös, hiszen az örvények keltésére munkát kell végezni. A jármű motorja tehát nemcsak a gépet viszi előre a levegő ellenállásával szemben, hanem a gép munkavégző képessége még örvények keltésében is csökken. Ezért a motor csak lassabban tudja mozgatni a gépet. Ezért célszerűtlen az a jármű, amely haladása közben sok örvényt kelt. – A halalakú, az áramvonalidomú testek mozgása közben kevés örvény keletkezik. Ezért készítik halalakúra, áramvonalidomúra az igen nagy sebességgel haladó közlekedési eszközeinket.

170

KÍSÉRLETEK A LÉGNYOMÁSRA Ezt a fogadást is megnyerjük A feladat abban áll, hogy egy pohár vizet úgy kell tányérra állítani, hogy ne lehessen a pohár vizet semmi képpen se felemelni a tányérról anélkül, hogy a víz leg nagyobb része ki ne ömöljön a pohárból. 1. Bevezető kísérlet. Töltsünk meg egy poharat színültig vízzel! Borítsuk le egy papírlappal, de vigyázzunk, hogy ne maradjon levegőbuborék a lap alatt! Szorítsuk rá tenyerünket a papír lapra és fordítsuk óvatosan a poharat nyílásával lefelé! Vegyük el kezünket! A víz nem ömlik ki a pohárból (123. ábra). 2. A főkísérlet. A papírlap szerepét egy tányér veszi át. Töltsük meg a poharat csordultig vízzel! 123. ábra. Borítsunk a pohárra A szájával lefelé egy lehetőleg sima és fordított pohár- laposfenekű tányért! Szorítsuk ból nem ömlik tenyerünket a ki a víz. tányérra és a pohárral együtt fordítsuk fel! Tegyük a tányért 124. ábra. A vízzel telt poaz asztalra! A szájával lefelé álló harat lehetetlen felpohárból nem ömlik ki a víz. A emelni anélkül, poharat lehetetlen felemelni anélkül, hogy a víz ki ne hogy a víz ki ne ömölne belőle (124. folynék. ábra). 171

Természetesen vízkiömlés nélkül is el lehet választani a poharat a tányértól, ha a tányérral együtt megint visszafordítjuk a poharat és a tányért emeljük fel a pohárról. De a fogadásban az áll, hogy a poharat kell felemelni a tányérról! A kísérleteket célszerű először egy nagy edény felett begyakorolni, hogy az esetleg kiömlő vizet felfoghassuk. A kísérlet magyarázata. Emlékezzünk vissza a víz felfelé ható nyomását bemutató kísérletünkre! – Mekkora erővel nyomta az üres lámpacilinder alsó nyílását elzáró

125. ábra. A levegő akkora erővel nyom bármely felületet, mint a felület fölé emelt 10,5 m magas vízoszlop súlya. papírlapot a víz felfelé? Akkora erővel, mint amekkora volt a kívül lévő víz magasságával egyenlő magasságú vízoszlop súlya. Mostani kísérletünkben víz helyett levegőben van egy (képzeljük el!) üres pohár, feneke lappal elzárva. Ezt a lapot is felfelé kell nyomnia a levegőnek (125/a ábra). Mekkora erővel? 172

Akkora erővel, amekkora annak a levegőoszlopnak a súlya, amelynek alapja a lap, magassága pedig a külső levegőtenger magassága. A fizikusok megállapították, hogy a poháron kívül lévő levegőtenger akkora súllyal nehezedik a lapra, mintha a lap fölött 10,5 m magas vízoszlop lenne. Ebből követ kezik, hogy a felfordított vizespohár fenekét elzáró lapot akkora erő nyomja felfelé, mint a lap fölé emelt 10,5 m magas vízoszlop súlya! (125/b ábra). A pohár azonban nem üres, hanem ví z van benne. A pohárban lévő víz súlya lefelé nyomja a lapot. De a pohárban lévő víz csak 7-15 cm magas. Ez eltörpül az ellenkező irányban ható 1050 cm maga s vízoszlop súlyával egyenlő nagyságú légnyomás mellett. Ezzel a hatalmas nagyságú légnyomással magyaráz hatók a többi kísérletek is. Egy hajmeresztő látvány Előző kísérletünkben a tele vizespoharat befedő lap nem esett le a pohár szájáról – a mostani kísérletben pedig (126. ábra) a pohár nem esik le a lapról. Egy sima felületű kemény papírlap (kartonpapír) közepén át húzzunk tűvel erős cérnaszálat (vékony zsi neget)! A zsineg végére, hogy át ne csússzék a lyukon, kössünk csomót! A lyukra (és a cérnának a csomón túl maradt részére) cseppentsünk pecsétviaszt, hogy a lyuk légmentesen záródjék és a cérna biztosan tartsa a lapot! Csiszolt szélű borospohár szélét kenjük be szappannal! Töltsük csordultig vízzel a poharat és fedjük le a lappal. A lapot ujjunk végighúzásával nyomjuk a pohár szélére! A poharat a fonálnál fogva felemelhetjük, egy szegre felfüggeszthetjük és órák hosszat lengésben tarthatjuk anélkül, hogy leszakadna. De azért az első kísérleteket ajánlatos puha aljzat (szalma, rongyok, ruhák) felett végezni, hogy a kísérlet közben esetleg leeső pohár össze ne törjön. 173

Talán nem lesz a kísérlet olyan hátborzongató, ha a drága borospohár helyett olcsó kémcsövet (50 -70 fillér) használunk, de még ekkor is nagyon hatásos marad. – Sőt még olcsóbban is megoldhatjuk, ha a szemes orvosságok csomagolására használatos üvegből készült orvosságos fiolát használunk.

126. ábra. A levegő nyomása olyan erősen szorítja oda a papírlapot a vízzel telt edény szájához, hogy a papírlapnál fogva felfüggeszthetjük az edényt. Azért ne törjük el! Hosszú, lapos fa vonalzónkat fektessük lapjával az asztalra, egy része nyúljon ki az asztalszélen! Az asztalon fekvő részére terítsünk ki több széthajlított újságpapírlapot! Simítsuk tenyerünkkel az újság papírlapokat az asztallaphoz! (127. ábra.) 174

Ha a vonalzónak kinyúló végére hirtelen és erős ütést mérünk, a vonalzó eltörik; ha pedig lassan nyomjuk a végét, akkor könnyen felemeli azt a néhány újságpapírlapot. Magyarázat: A levegő nyomja a papírlapokat. Ha a vonalzóval hirtelen fel akarjuk emelni a papírlapokat, hirtelen kellene mozgásba hozni a felettük lévő levegő tömeget is. Ehhez pedig olyan nagy erő szükséges, hogy vonalzónk rugal massági erej e nem tudj a közvetíteni; a meghajlított vonalzó inkább eltörik.

127. ábra. Ha a 8-10 újságlappal leszorított laposvonalzó végére ütünk, a vonalzó eltörik. Hogy kezünkkel érezzük a papírlapok fölötti levegő tömegnek a hirtelen történő elmozdulással szemben nyil vánuló ellenállását, nem szükséges eltörni a vonalzót, elég, ha a kinyúló végét ujjunk hegyével hirtelen lenyomni próbáljuk. LÉGRITKA TERET KELTÜNK Egyetlen gyufaszállal 175

Fordítsunk szájával lefelé egy olyan üres poharat, melynek száját jól el tudjuk zárni tenyerünkkel! A pohár nyílása alá tartsunk égő gyufaszálat. A gyufaláng megmelegíti a pohárban a levegőt, amely kitágul. Feszítsük ki ujjainkat! Lapos tenyerünkkel fedjük le a pohár nyílását! Szorítsuk jól tenyerünket a 128. ábra. pohár szélére és Egyetlen gyufaszál melegével előidézett várjunk, amíg a légritkítás tenyerünkhöz tapasztja a pohárban lévő poharat. levegő le nem hűl! Most már lefelé fordíthatjuk a poharat – tenyerünkhöz tapadva marad (128. ábra). Lehűlés közben ugyanis a pohárban lévő levegő összehúzódott. A pohárban légritka, tehát kisebb nyomású tér keletkezett. A külső, nagyobb légnyomás tenyerünkhöz szorítja a poharat. A pohárban megritkult levegő miatt tenyerünk húsa szinte beleszívódik, beledagad a pohárba és még rázással is alig tudjuk elválasztani. (De azért a rázást, a lengetést először a puha ágy felett próbáljuk!) Fontos megjegyzések. Nem mindegy, hogy milyen poharat használunk. Említettük, hogy a pohár ne legyen túlságosan széles karimájú, mert különben tenyerünkkel nem zárhatjuk jól el. – Kicsi se legyen a pohár, hogy megfelelő mennyiségű levegőt tartalmazhasson. Kísérle 176

tünkben 5 cm nyílásátmérőjű, 9 cm magas borospoharat használtunk. Tenyerünket nedvesítsük meg, hogy jól zárjon a pohár kerületén! A tenyerünkkel elzárt, a gyufalángtól kissé megmelegedett pohárra kívülről csorgassunk vizet, hogy a benne lévő meleg levegő gyorsabban lehűljön. Szinte hihetetlen kísérlet

129. ábra. Légritkítás forralással.

Keressünk egy kémcsőbe jól illő dugót! Legmegfelelőbb a gumidugó. A dugó végére drótból alkalmas hurkot formáljunk, hogy erre akaszthassuk majd a súlyokat! (129. ábra.) Öntsünk a kémcsőbe kevés (gyűszűnyi) vizet és borszeszláng, gyertyaláng fölött forraljuk fel a vizet! Közben a csövet valami rongydarabbal fogjuk, mert a cső a gőztől nagyon átforrósodik. Legalább egy percig jól forrjon a víz, hogy a kelet kező vízgőzök kiűzhessék a csőből a levegőt! Ezután dugjuk be erősen a csövet a dugóval és várj uk meg, am í g a csőben lévő levegő lehűl. A cső külső falának meg vizezésével is gyorsíthatjuk a hűtést. 177

Miután a cső lehűlt, függesszünk a dugóra 1 kg -ot, azután még 1 kg-ot és így tovább. Csodálkozva látjuk: még 2-3 kg sem tudja kihúzni a dugót. Pl. ha a szokásos 2,5 cm nyílású kémcsövet használjuk, akkor a dugó még 3,5 kg súlyt is elbír és csak 4 kg húzza ki. A dugó kihúzásakor hallható pukkanás is arra mutat, hogy a cső belsejében légritkított tér keletkezett. Mekkora e szerint a kísérlet szerint a levegő nyomása? A 2,5 cm átmérőjű dugó felülete 4,5 cm 2 . A kísérlet szerint a dugó elbír kb. 4 kg súlyt. Ezért a dugó 1 cm 2 -ére 4: 4,5 = 0,89 kg súl y n yo mása hat . Pont os kí sérl et ek szerint a légnyomás nagysága 1 cm 2-re 1 kg és 33 gramm. Egyszerű kísérletünkben kb. 13%-kal kaptunk csak kisebb eredményt. Ritkítás itatóspapírral 1. Vízpárolgással. Töltsünk majdnem tele egy sima (csiszolt) szélű borospoharat vízzel! Fedjük be vastag itatóspapírral és erre tegyünk üveglapot!

130. ábra. 178 Légritka teret létesítünk víz elpárologtatásával.

Szorítsuk össze két kezünkkel a poharat, papírt és üveglapot és fordítsuk fejtetőre az összeállítást, úgyhogy az üveglap legyen alul! A víz egy részét elnyeli az itatós, a víz felett légritka tér keletkezik. A külső légnyomás olyan erősen rászo rítja az üveglapot a pohár szájára, hogy l efelé fordítva sem esik le (130. ábra). Kössünk zsineggel vagy dróttal az üveglaphoz egy üres üveget! Annyi vizet önthetünk az üvegbe, hogy kb. 1 kg is lehet az összes súly, ami le akarja szakítani egy kb. 5 cm átmérőjű pohár szájáról az üveglapot. 2. Töltsünk meg egy gyűszűt színültig benzinnel. Azután fektessünk a gyűszű nyílására vastag itatóspapír lapot és erre egy üveglapot! Szorítsuk erősen a gyűszűt a laphoz és fordítsuk meg az egészet, úgyhogy (az ábra szerint) a gyűszű legyen felül!

131. ábra. Légritka teret létesítünk alkohol elpárologtatásával. A benzin az itatóspapíron át elpárolog, a benzin a gyűszűben fogy és a helyén légritka tér keletkezik. A külső légnyomás oly erősen hozzászorítja a gyűszűt az üveg 179

laphoz, hogy az üveglapot bármilyen helyzetbe fordíthat juk, a gyűszű nem esik le róla (131. ábra). A hideg víz forrni látszik Töltsünk meg egy vizespoharat ¾ részéig vízzel! Keressünk elő egy erős vászondarabot, fedjük le vele a vizespoharat! A vászondarab szélét simítsuk hozzá a pohár oldalához! Nyomjuk be a vászon közepét mind addig, amíg a víz felszínére nem ér! Bal tenyerünket szorítsuk a pohár szájára és fordítsuk fel a poharat! Jobb kezünkkel szorítsuk a vászon széleit a pohár oldalához, majd vegyük el bal tenyerünket a pohár szájáról! A vászondarab a 132/a ábrán látható formában feszül ki a pohár belsejében anélkül, hogy a víz kifolyna. Mindaddig húzogassuk a pohár oldalán a vászon szé leit, míg csak a vászon egyenesen rá nem feszül a pohár szájára (b)! Ekkor a pohár feneke és a víz között lég ritka tér képződik (c).

132. ábra. Így hozhatjuk a hideg vizet látszólagos forrásba. A külső levegő a vásznon keresztül a pohárba nyomul, levegőbuborékok szállanak fel és a víz hallhatóan zubog, mintha forrás közben gőzbuborékok szállanának fel benne. 180

A légnyomásos tintatartó és tyúkitató 1. Nézzük meg jól a 133. ábrán látható tintatartót. Lát hat ó, hogyha a kö zépső r és zből ki már t ogat j uk a tintát, nem tud a helyére több tinta folyni, mert fenn 133. ábra. kétoldalt légritka tér A tintatartóban a toll mindig keletkezik. De a tölcsér ugyanolyan mély tintába merül. alján mindig lesz tinta. Itt a toll nem tud nyakig elmerülni, mert nem mély a tinta. A másik előnye pedig az, hogy a fenéken csak kis felületen érintkezik a tinta a levegővel, ezért a tinta nem szá rad ki olyan gyorsan és a tintatartó mindig használatra készen áll. Mivel működési elvét ismerjük, most már rendben is tudnánk tartani ilyen tintatartót. Mi a feltétele annak, hogy jól működjék? Nyilvánvalóan az, hogy a nyakán a tölcsér és az edény érintkezési helye légmentesen zárjon. Tehát itt nem szabad beszáradt tintának lennie. És ha még tiszta állapotban sem zár légmentesen, akkor faggyúval bekenjük az érintkezési helyet. Miről ismerjük meg, hogy rosszul működik a tinta tartó? Arról, hogy a csőnek nemcsak a fenekén található tinta, hanem olyan magasan áll benne, mint az edényben. 2. A tyúkitató. A baromfiak számára egy lábasban szoktak ivóvizet kitenni. Ennek hátránya a következő : 181

1. Ha sok vizet öntünk bele, könnyen belefullad a kis csibe. 2. A baromfiak belelépnek, elpiszkítják a vizet. 3. Ha a víz elpárolog vagy kifogy, vagy éppen a baromfiak döntik fel az edényt, nem vesszük észre és ivóvíz nélkül maradnak. Mindezen lehet segíteni, ha a 134. ábra szerint egy literes vagy hétdecis üveg és egy kicsi edény segítségével állítunk össze baromfiitatót. Ha a tálban annyira elfogy a víz, hogy a víz szintje az üveg szája alá süllyed, kívülről levegő hatol be az üveg száján. Ez a levegő buborék alakjában felszáll a víz feletti térbe és azonnal annyi víz buggyan ki az üvegből, hogy ismét a szájáig ér a víz.

134. ábra. Az üveg az elfogyott vizet önműködően pótolja. Ezzel a berendezéssel állandóan tiszta vízről gondos kodhatunk a baromfiak részére. Célszerű, ha az udvarnak egész napon át árnyékos helyein több ilyen itatót állítunk fel. A légritka tér és a technika 182

Kísérleteinkben egyszerű eszközökkel állítottunk elő kis mértékben légritka teret. A kémcsőben, a pohárban 0,1-0,9 része maradt az eredeti levegőnek. – A rádiókészülékek lámpáiban, a röntgencsőben nem szabad az eredeti levegőmennyiség milliomodrészének sem megmaradnia, mert ahogyan a mi mozgásunkat akadályozza a levegő, hasonlóképpen akadályozza a csövekben maradt levegő az elektromosság legkisebb részecskéinek: az elektro noknak a mozgását és akkor készülékeink csak nagyon rosszul működnének, vagy egyáltalán nem. A v i l l an y l á m p a b ur á j á b ó l i s el t á vo l í t j á k a l e ve gő t é s légritka térben van az izzószál, hogy el ne égjen. A termoszpalack kettős üvegfala között is légritka tér van. Ha levegő lenne a két fal között, akkor az egyik faltól felmelegednék a levegő, a meleg levegő felmelegítené a másik falat is, ezáltal a meleg kijutna az edény belsejé ből. Ezenkívül még igen sokféle tudományos és gyakorlati célra szükséges légritka teret előállítani; erre különféle szerkezetű légritkító-készülékek szolgálnak.

183

ZÁRÓSZÓ A sok kísérlet között bizonyára találtál olyanokat, amelyek különösen tetszettek, különösen jól sikerültek. Ne tartsd meg őket magadnak, hanem mutasd be őket ismerőseidnek, taníts meg elvégzésükre másokat is, hogy minél többen ismerjék meg a természet törvényszerűségeit és szeressék meg a velük való foglalkozást, a fizikát. A fizika törvényszerűségeit alkalmazza a technika. Kísérleteid közben sokszor érezhetted az új jelenség megismerésének és tudásod gyarapodásának örömét. Kellett érezned azt is, hogy mennyire más az az ismeret, amit tapasztalati alapon szereztél, mint az, amit könyvből tanultál. Azok, akik a legnagyobb felfedezésekkel, találmányokkal ajándékozták meg az emberiséget, mindnyájan kísérletező emberek voltak. Szeresd a tapasztalaton alapidő ismeretszerzést, a kísérletet. Ha akarod, te lehetsz az, aki még nagyobb felfedezésekkel, még hatalmasabb új alkalmazásokkal viszed előre a természet megismerését és teszed könnyebbé, gazdagabbá a dolgozók életét. Ebben a könyvben csak az erőkre és a mozgásokra vonatkozó egyszerű kísérletekkel ismerkedtünk meg. A fizika foglalkozik még a hangokkal, a meleggel, a fénnyel, a mágnességgel, az elektromossággal és az anyag szerkezetével (atomfizika). Igen sok játékos fizikai kísérletet lehet végezni a fizika előbb említett részeibe tartozó jelenségekre is. Velük a következő kísérletező könyvekben foglalkozunk. 184

TARTALOM Előszó ....................................................................... 3 AZ ERŐ ÉS A TESTEK TEHETETLENSÉGE Néhány feltűnő kísérlet a tehetetlenségre Játék a gyufaskatulyákkal ...................................................... 5 A pohár és a kétforintos ......................................................... 7 Pohár víz az asztalszélen ....................................................... 8 Pénz a papírtornyon ............................................................... 9 Melyik zsineg szakad el? ..................................................... 10 Verseny a gyufaskatulyatoronnyal ...................................... 11 A legérdekesebb: a pörgő tojás............................................ 11 Nyers tojás, főtt tojás .......................................................... 12 Építsünk tornyot! ................................................................. 13 Gyakorlati kérdések ............................................................ 14 Meglepő kísérletek pénzdarabokkal az erő közvetítésére A rugalmas húszfilléres ....................................................... 16 Az erőközvetítő sorozat ....................................................... 17 Így terjed a hang is .............................................................. 20 AZ IDŐ MÉRÉSE Hogyan tudunk óra nélkül is pon tosan mérni 1 másodperc időt? A fonálinga .......................................................................... 21 Ki tud pontosabban időt mérni? Versenyjáték .................... 22 Ki tud zsebórával méterekben mérni? ................................. 25

Ellenőrizzük hosszúságmérőinket! ...................................... 26 Kinek legpontosabb az időérzéke? Az ember mint óra. Versenyjáték ................................................................. 27 Ellenőrizzük óránk járását! Jó-e, pontos-e az órám? ....................................................... 29 A szeszélyes óra és a megbízható óra .................................. 30 Ellenőrizzük óránkat a csillagokkal! ................................... 31 További kísérletek az órával ................................................ 33 A dél időpontjának megállapítása egyenlő napmagasság mérésével A módszer............................................................................ 34 A készülék ........................................................................... 35 A megfigyelés menete ......................................................... 37 Hogyan számítjuk ki a Nap által mutatott időből az óraidőt? A rosszul járó Nap ............................................................... 38 A középnap .......................................................................... 39 Az időegyenlet ..................................................................... 39 A zónaidő ............................................................................ 41 Lássuk megint az óránkat! ................................................... 43 Még egy példa ..................................................................... 44 Egy hasznos táblázat............................................................ 44 Készítsünk napórát A délvonal kitűzése .............................................................. 46 A délvonal meghatározása órával ........................................ 47 Az órapontok kijelölése ....................................................... 49 Az óramutató elkészítése ..................................................... 51 Az idő leolvasása ................................................................. 54 Ha az ország más részein ..................................................... 55 Kis napóra készítése ............................................................ 56 Napóra a házfalon ................................................................ 57 186

HATÁS – ELLENHATÁS Kísérlet a seprűnyéllel ......................................................... 60 Kísérlet a borotvapengékkel ................................................ 61 Kísérletek a rakétaelvre Seprűnyéllel ......................................................................... 62 Órarúgóval ........................................................................... 62 Gumipuskával ...................................................................... 64 Futó próbacsővel ................................................................. 64 Alkalmazások ...................................................................... 66 A RUGALMAS ÜTKÖZÉS Kísérletek ütköző pénzdarabokkal Az egyik áll ......................................................................... 67 Szemközt csúszó pénzdarabok ............................................ 68 Hogyan lassítják az atomenergia felszabadításakor a neutronokat? ............................................................... 70 Egy izgató kísérletsorozat.................................................... 71 A »gondolkodó« pénzsorozat titkának megfejtése .............. 74 KÍSÉRLETEK A MOZGÁSOK KÖRÉBŐL Egyenletes mozgás. Lejtőn mozgás Az asztalon guruló golyó sebessége .................................... 77 Verseny: ki az ügyesebb kísérletező? .................................. 79 Hogyan gurul a golyó a lejtőn? ........................................... 80 Hogyan lesz ebből verseny játék? ....................................... 81 A nehéz vagy a könnyű szán csúszik sebesebben a ródlipályán? ................................................................. 83 Ismét egy versenyjáték ....................................................... 84 A szabadesés Hogyan mozog a szabadon eső test? ................................... 85 Melyik marad tovább a levegőben? ..................................... 87 Egy érdekes esés! Fogadni is lehet!..................................... 90 Hány méter magasra tudunk feldobni? ................................ 91 Megmérjük a repülő nyílvessző vagy lövedék sebességét ...................................................................... 93

Az elhajított kő sebessége ................................................... 95 Hogyan tudjuk az így mért sebességeket összehasonlítani a gyorsvonat sebességével? ......................... 97 Pontosan megmérjük a szabadon eső test útját és esési idejét ...................................................................... 97 Van-e súlya az eső testnek? ............................................... 100 Hogyan dől le a gyárkémény? ........................................... 103 A jelenség magyarázata ..................................................... 105 A forgómozgás A körbenforgatott tele pohár ............................................. 106 A különc pörgettyű ............................................................ 108 Mindig sarkcsillag marad-e a Sarkcsillag? ........................ 109 Jojó kabátgombokból......................................................... 110 Játék a cérnaorsóval ........................................................... 111 Magyarázó kísérlet az elforduló koronggal ....................... 113 Hogyan lehet az almát ....................................................... 114 A FELHAJTÓ ERŐ A felfelé ható nyomóerő .................................................... 117 A vízben lebegő tojás ........................................................ 118 Milyen gyorsan keveredik a sósvíz a tiszta vízzel? ........... 120 Milyen régi a tojás? ........................................................... 120 Játék a szappanbuborékkal A szappanoldat ................................................................. 121 A levegőtöltésű lebegő szappanbuborék .......................... 123 A felhajtóerő alkalmazása A seprűnyél mérleg............................................................ 123 A víz mint gyertyatartó .................................................... 124 A búvár A vásári játék .................................................................... 125 A készülék összeállítása .................................................... 125 188

A jelenség magyarázata ..................................................... 127 Vízalatti léghajó tojáshéjból .............................................. 127 Búvár dióból, lúdtollból..................................................... 128 A tengeralattjáró hajó ........................................................ 129 MEGLEPŐ MUTATVÁNYOK KÜLÖNBÖZŐ FAJSÚLYÚ FOLYADÉKOKKAL I. Nem keveredő folyadékok Bevezető kísérletek............................................................ 131 Mutatvány a két pohárral .................................................. 132 II. Egymással keveredő folyadékok Bevezető kísérletek – A folyadékok rétegzése .................. 134 A főkísérlet: vörösbor és víz.............................................. 137 Hasonló jelenségek a természetben ................................... 138 AZ ANYAG LYUKACSOSSÁGA A vízgőz és a kartonpapíros .............................................. 139 Gyertyát fújunk el téglán át ............................................... 139 A meghízlalt tojás. Egy lehetetlennek látszó feladat ......... 140 Kivonjuk a vizet a tojásból ................................................ 142 KÍSÉRLETEK A FELÜLETI FESZÜLTSÉGRE Szappanos vízzel A kifeszülő cérnaszál ......................................................... 143 A gyertya eloltása .............................................................. 144 Közönséges vízzel Játék a borotvapengével .................................................... 144 A vízen úszó pénzdarabok ................................................. 146 Feljön-e a víz alól? ............................................................ 146 A felületi feszültség csökkentésén alapuló kísérletek A szétfutó gyufaszálak ...................................................... 147 A szappanmotoros csónak ............................................... 148 A napokig forgó forgó! ...................................................... 150

KÍSÉRLETEK AZ ÁRAMLÓ LEVEGŐVEL Hogyan emelkedik a repülőgép? ....................................... 162 A felemelkedő papírlap ..................................................... 154 A fújás és a gyertyaláng .................................................... 155 Talán a legérdekesebb! ...................................................... 155 A ping-pong labda ............................................................. 156 Megmérjük a nyomáscsökkenést ....................................... 157 Hogyan méri a sebességét a repülő? .................................. 158 Mi dobja le a cserepet a háztetőről? .................................. 159 Hogyan esik a forgó test vagy a »csavart« lövésű futball-labda?................................................................ 160 A jelenség magyarázata ..................................................... 162 A lebegő ping-pong labda ................................................. 163 Az örvénylés Papírkorong a kötőtűn ....................................................... 165 Az örvények keletkezése ................................................... 166 A gyertyaláng mint örvény vizsgáló .................................. 167 Ezt nem lehetne elhinni! .................................................... 167 Levegőörvények a mozgó test mögött ............................... 168 KÍSÉRLETEK A LÉGNYOMÁSRA Ezt a fogadást is megnyerjük ............................................. 170 Egy hajmeresztő látvány.................................................... 172 Azért ne törjük el!.............................................................. 173 Légritka teret keltünk Egyetlen gyufaszállal......................................................... 174 Szinte hihetetlen kísérlet.................................................... 176 Ritkítás itatóspapírral......................................................... 177 A hideg víz forrni látszik ................................................... 178 A légnyomásos tintatartó és tyúkitató ............................... 179 A légritka tér és a technika ................................................ 181 Zárószó .............................................................................. 183 190

© Aranyhal Könyvkiadó Felelős kiadó: Radván Sándor Művészeti vezető: Radván Xénia Szerkesztő: Boda Brigitta Írta: Öveges József DTP: Karácsony Orsolya QuartExpress Bt. Nyomdai szervezés: Sifi Reklám Kft. ISBN: 963 8366 23 0 Nyomtatta és kötötte a Kaposvári Nyomda Kft. – 190882 Felelős vezető: Pogány Zoltán igazgató