Folyadékok és gázok mechanikája » Mariotte-palack

Jelenség leírása

Vízzel töltött mûanyagflakonban két szívószál felhasználásával készítsük el az ábrán látható ,,Mariotte-palackot''. Várjuk meg, amíg egyenletesen folyik ki a víz a palackból. Mérjük meg ekkor a percenként kifolyó víz mennyiségét l függvényében!

Eszközök

átlátszó műanyag palack., hosszú vonalzó vagy mérőszalag., mérőpohár

Magyarázat

M. 189. Vízzel töltött mûanyagflakonban két szívószál felhasználásával készítsük el az ábrán látható ,,Mariotte-palackot''. Várjuk meg, amíg egyenletesen folyik ki a víz a palackból. Mérjük meg ekkor a percenként kifolyó víz mennyiségét l függvényében!

Megoldás. A mérés elvégzéséhez a flakonon és szívószálakon kívül órára, vonalzóra és mûanyagragasztóra volt szükség. Az idõt másodpercmutatós órával is jól lehetett mérni. A kifolyó víz ,,mennyiségét'' jól jellemezhetjük az állandó keresztmetszetû palackban levõ vízszint magasságcsökkenésével, ami mérõszalaggal vagy vonalzóval is mérhetõ. Ha a vízszintváltozást át akarjuk számolni térfogatváltozásra, ismernünk kell a flakon keresztmetszetét, vagy az átmérõjét, de ezek a mennyiségek is könnyen megmérhetõk. Ha rendelkezésünkre áll egy mérõhenger, azzal közvetlenül mérhetjük a kifolyt víz térfogatát is. A víz térfogatának mérését idõmérésre is visszavezethetjük, ha egy bizonyos méretû pohár teletöltéséhez szükséget idõtartamokat határozzuk meg.

A szívószálakat mûanyagragasztóval rögzíthetjük az átfúrt palackhoz, illetve a kupakhoz. A függõleges szívószálat átfúrt parafadugón vagy rugalmas mûanyagdugón is átvezethetjük, de mivel a szívószál könnyen összelapul, célszerû, ha itt is ragasztót használunk. (A légmentes és szivárgásmentes csatlakozást minden esetben ellenõriznünk kell, nemcsak a mérés kezdetekor, hanem annak befejezésekor is!) A vízszintes szívószálat érdemes úgy ragasztani, hogy a vége egy kicsit (1-2 centiméternyit) belógjon a flakonba. Ez megbízhatóbb rögzítést biztosít és a kifolyás feltételeit megismételhetõvé, egyéb mérésekkel összehasonlíthatóvá teszi. (Ha csak nagyon kicsi rész lógna be a mûanyagflakonba, akkor a ragasztás esetlegességei erõsen befolyásolnák a mérést.) A kifolyócsövet (különösen hosszabb l-ek esetén) alá is kell támasztanunk.

A mérést végzõk megfigyelhették, hogy a kifolyás kezdetben nem egyenletes ütemû, hanem (a vízszint süllyedése miatt) egyre lassul. Egy idõ után a függõleges csõ alsó végén légbuborékok jelennek meg, s ez mindaddig tart, míg a vízszint el nem éri a függõleges szívószál alsó végét. Ezen ,,bugyborékolós'' idõ alatt a kifolyás jó közelítéssel egyenletes, annak ellenére, hogy közben a vízszint számottevõen változik. (A Mariotte-palack mûködésének lényege az, hogy a kifolyócsõnél mindvégig \varrhogh a túlnyomás, hiszen a függõleges csõ alsó végénél mindig a külsõ légnyomással megegyezõ nyomású kell legyen a víz.)

A mérés során az (egyenletes) kifolyási sebességet l függvényében kellett meghatározni, de néhány méréssorozat után a többi paramétert (például h-t, vagy a szívószálak átmérõjét) is lehetett változtatni. Ezen paraméterek változtatása csak új eszköz készítésével, újabb ragasztással lehetséges, ezért jól meg kell gondolnunk, mennyi idõ áll rendelkezésünkre a mérés elvégzéséhez. Azt is végig kell gondolnunk, hogy több paraméter többszöri változtatása nagyon sok (néha áttekinthetetlenül sok!) mérési adatot eredményezhet.

Elõzetes várakozásunk szerint a kifolyás sebessége l növelésével csökken, a szívószál átmérõjének vagy h-nak növelésével viszont növekszik. A mérési adatok ezt valóban igazolták, de a függés jellege egyáltalán nem nyilvánvaló. Sarlós Ferenc (Baja, III. Béla Gimn. III. o.t.) elméleti megfontolások alapján azt várta, hogy a kifolyás sebessége a h/l hányadossal (továbbá a szívószál keresztmetszetének négyzetével) arányos. Az l hosszat 20 cm-tõl 6 cm-ig változtatta (2 cm-es darabokat vágott le a szívószálból), öt különbözõ esetben h=2, 4, 6, 8 és 10 cm-nél. Mivel rögzített h esetén a V\propto(1/l) arányosságot várta, V-t 1/l függvényében ábrázolta. Azt tapasztalta, hogy a nagyobb l-eknek megfelelõ pontokra illeszthetõk az origón is átmenõ egyenesek, a rövidebb szívószálhosszaknak megfelelõ adatok azonban ettõl jelentõsen eltérnek. A kétféle tartomány közötti törés kb. l=14-16 cm-nél tapasztalható.

Keszler György (Sümeg, Kisfaludy S. Gimn., III. o.t.) kísérletileg is ellenõrizte, hogy mennyire állandó a kifolyási sebesség a Mariotte-palacknál. A szívószál átmérõjét is ,,változtatta'', 3 mm-es és 5 mm-es átmérõjû szálakkal mért. Azt is tanulmányozta, hogy függ-e a kifolyás sebessége a kifolyócsõ irányától, ha nem vízszintes a csõ. (Nem függött tõle!)

Ronyecz Andrea (Kazincbarcika, Ságvári E. Gimn., II. o.t.) csak egyféle (h=15 cm-es) szintmagasságnál mért, az l hosszat azonban 110 cm(!) és 2,5 cm között változtatta 2,5 cm-es lépésekben. A 110 cm-es szívószálat több szál összetoldásával ,,állította elõ''. (Mûanyagdugókba a szívószál méretének megfelelõ lyukat fúrt, majd ebbe dugta a csatlakozó szívószálak végeit.) Mérési adatai szerint a kifolyás sebessége l növelésével monoton csökken, de nem a fordított arányosságnak megfelelõ ütemben.

A mérés pontosságára az elvben ugyanolyan körülmények között többször megismételt kísérlet adatainak szórásából, valamint a mérõeszközök leolvasási pontosságából következtethetünk. A hosszúságokat kb. milliméternyi, az idõt másodpercnyi pontossággal lehetett mérni, a kifolyási sebesség pedig mindezeket összevetve néhány százaléknyi pontossággal volt mérhetõ.


Szerzők

  • Gnadig Péter
  URI STRING  
/show/189/F-B-G
  CLASS/METHOD  
show/index
  MEMORY USAGE  
620,568 bytes
  BENCHMARKS  
Loading Time Base Classes  0.0012
Controller Execution Time ( Show / Index )  0.0253
Total Execution Time  0.0265
  GET DATA  
No GET data exists
  POST DATA  
No POST data exists
  DATABASE:  kiserletek   QUERIES: 9   
0.0006   INSERT INTO `sessions(`session_id`, `ip_address`, `user_agent`, `last_activity`) VALUES ('04be5d057603e006c73c95e99240c3d2''3.239.233.139''CCBot/2.0 (https://commoncrawl.org/faq/)'1610740661) 
0.0009   SELECT `label`, trim(item) as item
FROM 
(`categories`) 
0.0057   SELECT *
FROM (`experiments`)
WHERE `eid` = '189' 
0.0009   SELECT *
FROM (`exp_kwd`)
JOIN `keywordsON `keywords`.`path`=`exp_kwd`.`path`
WHERE `eid` = '189' 
0.0005   SELECT *
FROM (`exp_cat`)
JOIN `categoriesON `categories`.`label`=`exp_cat`.`label`
WHERE `eid` = '189' 
0.0003   SELECT `name`
FROM (`materials`)
WHERE `eid` = '189' 
0.0004   SELECT `source`
FROM (`sources`)
WHERE `eid` = '189' 
0.0007   SELECT *
FROM (`exp_authors`)
JOIN `authorsON `exp_authors`.`monogram`=`authors`.`monogram`
WHERE `exp_authors`.`eid` = '189' 
0.0005   SELECT *
FROM (`media`)
JOIN `media_typeON `media_type`.`format`=`media`.`format`
JOIN `exp_mdaON `media`.`mid` = `exp_mda`.`mid`
WHERE `exp_mda`.`eid` = '189'