Jelenség leírása
A rostos gyümölcslevek viszkozitása hûtés hatására nõ, hígítás hatására csökken. Végezzünk méréseket annak eldöntésére, hogy a két hatás közül melyik az ,,erõsebb''! Mi történik a viszkozitással, ha az abszolút hõmérsékletet és a koncentrációt ugyanolyan arányban (pl. 5, 10, 15 százalékkal) csökkentjük? Keressünk olyan módszert, amellyel a viszkozitások aránya egyszerûen mérhetõ!
Eszközök
acélgolyó, Magas mérőhenger
Magyarázat
A mérést érdemben elvégzõ néhány tanuló a viszkozitások arányának mérését vagy egy vékony csövön történõ kifolyás idejének mérésével (Hagen-Poiseuille-törvény alkalmazásával), vagy egy kicsiny golyó süllyedési sebességének mérésével (a Stokes-törvény felhasználásával) oldotta meg. Szilágyi Péter (Debrecen, Kossuth L. Gyak. Gimn., 10. évf.) és Vigh Máté (Pécs, Babits M. Gyak. Gimn., 10. évf.) mindkét módszert alkalmazta; Mózer Tamás (Hévíz, Bibó I. Gimn., 10. évf.) és Soós Gábor (Kiskunhalas, Bibó I. Gimn., 11. évf.) a kifolyási idõket mérték, míg Biró István (Marosvásárhely, Bolyai F. Líceum, 11. évf.) és Geresdi Attila (Pécs, Árpád Fejedelem Gimn., 12. évf.) a Stokes-törvény alkalmazásával értékelték ki a mért adatokat.
Szilágyi Péter kétféle gyümölcslevet (Szobi jaffa narancsszörpöt, illetve Hey-Ho rostos narancslevet) választott, és az eredeti csomagolású, 20 oC-os gyümölcslé viszkozitását tekintette viszonyítási alapnak. A továbbiakban 5 (térfogat)százalékonként hígította, illetve 80 oC-ig melegítette a folyadékot. Mikrofonállványhoz rögzített (a szájukkal lefelé) különbözõ magasságban két másfél literes mûanyagflakont, melyeket (megfelelõ tömítéssel) mûanyagcsövekkel és üveg kapillárissal kötött össze. A kapilláris átmérõje 2 mm, illetve 3 mm volt, a flakonok szintkülönbségét tág határok között tudta változtatni. A folyadékot mikrohullámú sütõben (egy hõálló korsóban) melegítette, illetve - szükség esetén - hûtõszekrény mélyhûtõjében hûtötte le szobahõmérséklet alá. A gyümölcslé hõmérsékletét az alsó tartályba helyezett hõmérõn olvasta le. Az átfolyás idejét stopperrel mérte. Az adatok kiértékelésénél kihasználta, hogy a Hagen-Poiseuille-törvény szerint egy kapillárison átfolyó folyadék áramlási sebessége egyenesen arányos a csõ két vége közötti nyomáskülönbséggel és fordítottan arányos a folyadék viszkozitásával.
A másik mérési módszernél Szilágyi Péter egy ferdén elhelyezett (radírgumival féloldalasan alátámasztott) mérõhengerben vizsgálta - két meghatározott jel között - egy golyó süllyedésének idejét. A kiértékelés alapja a Stokes-törvény, amely szerint egy nagy kiterjedésû folyadékban lassan mozgó golyóra ható közegellenállási erõ egyenesen arányos a golyó sebességével is és a folyadék viszkozitásával is. Jelen esetben ugyan a ,,nagy kiterjedés'' feltétele nem teljesül (hiszen a golyó közvetlenül a mérõhenger fala mellett mozog), de feltételezzük, hogy az említett arányosság itt is fennáll.
A mérési adatok - mindkét módszerrel mérve - azt mutatják, hogy a a rostos gyümölcslé viszkozitása erõsebben függ a hõmérséklettõl, mint a koncentrációtól. Ha mindkettõt ugyanolyan arányban csökkentjük, a viszkozitás megnõ.
A mérés pontosságát több tényezõ is befolyásolja. Az idõmérés és a távolságok mérése viszonylag pontossá tehetõ, a mérés azonban szisztematikus hibák fellépte miatt mégsem tehetõ 5-10 százalékosnál pontosabbá. A kifolyásos módszernél a folyadék hõmérséklete a mérés alatt számottevõen, a magasabb hõmérséklet-tartományban akár 4-5 fokot is változik. A süllyedéses módszernél nehéz olyan golyót találni, amelynek sûrûsége csak kicsit nagyobb a folyadékénál (és emiatt kellõen lassan mozog). Magasabb hõmérsékleteken a golyóra tapadó parányi légbuborékok is erõsen meghamisíthatják a mérést!
!!\small!!10 dolgozat érkezett. 6 pontot kapott Szilágyi Péter és Vigh Máté megoldása, 5 pontos Biró István, Geresdi Attila és Mózer Tamás dolgozata. Hiányos (1-4 pont) 4, hibás 1 dolgozat.
