Görbült vízszintes
Ha szeretnéd megfigyelni, hogyan változik a víz felszíne ebben a keskeny medencében forgás közben, nyomd meg a gombot, ez forgásba hozza a különleges akváriumot. Ahogy a forgás egyre gyorsabbá válik, a víz kezdetben vízszintes felszíne egyre görbültebb alakot vesz fel. Érdekes módon a vízen úszó kis fahajó nem változtatja a helyzetét. Vízszintesnek nevezzük azt a felületet – ahogyan a neve is kifejezi –, amelyet a vízfelszín alkot egy bizonyos helyen. Ez többnyire a megszokott, a mindennapokban vízszintesnek nevezett síkfelület. (Bár ez csak közelítőleg igaz, a víz felszíne valójában követi a Föld görbületét. Régi tapasztalat volt, hogy a partról először a közeledő hajónak az árbocát pillantották meg a horizonton. A mindennapi életben azonban ez a görbület elhanyagolható.) Ez a felület úgy alakul ki, hogy a felszínen a vízrészecskékre ható erőnek mindenütt merőlegesnek kell lennie a víz felszínére (és mindenütt ugyanolyan nagyságúnak), különben a vízrészecskék oldalirányban illetve lefelé vagy felfelé elmozdulnának addig, amíg ez a feltétel nem teljesül.Amikor az akvárium áll, csak a Föld vonzása, a függőleges gravitációs erő hat a vízre, ezért a felszíne a megszokott vízszintes.
Amikor azonban forgásba hozzuk, a függőlegesen lefelé mutató nehézségi erő mellett megjelenik a kifelé mutató centrifugális erő is. A két erő eredője szabja meg a vízfelszín irányát, azaz a vízszintest, amely erre az erőre minden pontban merőleges kell legyen. A forgástengelytől távolodva viszont egyre nagyobb a centrifugális erő, ezért egyre ferdébb lesz a „vízszintes”, így alakul ki az a görbe, amit látunk. A hajónál természetesen ugyanúgy teljesül az a feltétel, hogy a rá ható erő merőleges a vízfelszínre, ezért nem mozdul el oldalirányban. (A felszín formáját pontosan meghatározhatjuk ezeknek a fizikai feltételeknek az ismeretében: némi matematikai tudás birtokában kiszámítható, hogy ez ebben a keskeny akváriumban egy parabola lesz, éspedig annál meredekebb, minél gyorsabb a forgás. Ha a vizet egy kerek tálban forgatnánk, akkor a felszín egy forgási paraboloid lenne.) Ha van egy régi lemezjátszó a családban, akár otthon is megfigyelheted ezt a jelenséget. Helyezz a lemezjátszó tányérjának közepére egy vízzel félig töltött, átlátszó edényt, majd kapcsold be a berendezést. Láthatod a vízfelszín alakjának a változását, ha kör alakú edényt használsz, akkor például úgynevezett forgási paraboloid alakul ki. Tégy rá egy apró úszó tárgyat, mondjuk egy fogpiszkálót, s látni fogod, hogy annak a helyzete gyakorlatilag nem változik. A centrifugális erő segítségével egy hatásos mutatványt is végrehajthatsz! Tölts meg egy vödröt feléig vízzel, majd a fogantyújánál fogva forgasd körbe-körbe. Ha elég gyorsan forgatod, a víz akkor sem ömlik ki, amikor a vödör szája éppen lefelé néz. (Érdemes a kísérletet először nyáron a szabadban gyakorolni, mert ha a forgás nem elég gyors, a centrifugális erő nem tudja legyőzni a gravitáció hatását, és a víz a nyakadba ömlik…)
|
|