Nurek Kartezjusza

Doświadczenie ukazujące głównie prawo wyporu hydrostatycznego Archimedesa poprzez bezpośredni pokaz zasady pływania i tonięcia ciał oraz prawo Pascala i znacznie większą ściśliwość gazów niż cieczy.

  • Cel: Zbadanie prawa Archimedesa oraz prawa Pascala.
  • Materiały:

- duża plastikowa butelka PET np. po wodzie mineralnej,
- woda,
- malutka fiolka, np. po lekarstwach lub aromacie do ciasta, która swobodnie wchodzi do butelki,
- miska,
- plastelina do obciążenia fiolki.

1. Materiały potrzebne do wykonania doświadczenia nurek Kartezjusza

 

Opis doświadczenia

Czynności:
• Pustą butelkę po napoju uzupełniamy wodą, zostawiając ok. 3cm od zakrętki.
• Aby wykonać nurka, najpierw do miski nalewamy wodę. Wrzucamy do niej fiolkę, pływa ona po powierzchni. Musi jednak pływać pionowo, otworem w dół, całkowicie zanurzona w wodzie, ale przy samej powierzchni. Dlatego obciążamy ją przylepiając obrączkę z plasteliny. Napełniamy fiolkę wodą .
Manewrując obciążeniem  i wielkością bąbla powietrza we fiolce doprowadzamy ją do stanu równowagi.

2.Tak powinien pływać nurek Kartezjusza

 

• Gotowego nurka przenosimy do butelki. Wrzucamy go do środka,  a butelkę zakręcamy.

3. Gotowy do doświadczenia nurek Kartezjusza

Nasz układ doświadczalny składa się z większego, zamkniętego naczynia z wodą wykonanego z dającego się uciskać materiału (butelka PET). Wewnątrz pływa nurek.Jest to pływająca otworem w dół, częściowo wypełniona wodą, częściowo powietrzem szklana fiolka. Proporcje objętości powietrza i wody są tak dobrane aby pływał, lecz blisko granicy tonięcia.

Naciskamy ścianki butelki ręką i zwalniamy uścisk.
Obserwujemy co się dzieje podczas ściskania i gdy przestaniemy ściskać butelkę.

Obserwacje:
W chwili ściśnięcia miękkiej obudowy butelki następuje zanurzenie nurka, zaprzestanie jej uciskania powoduje wypłynięcie nurka.

4.W chwili ściśnięcia miękkiej obudowy butelki następuje zanurzenie nurka

Wnioski
- Podczas konstrukcji nurka w jego wnętrzu pozostawiono trochę powietrza. Umożliwia ono jego zanurzanie i wypływanie, zgodnie z prawem Pascala i Archimedesa.
- Kiedy nie naciskamy butelki objętość powietrza w nurku  jest tak dobrana, że pływa on przy powierzchni wody(A).
- W czasie ściskania butelki, wywieramy ciśnienie na wodę wewnątrz. Zgodnie z prawem Pascala ciśnienie to jest przenoszone  przez wodę na powietrze wewnątrz nurka .Powietrze to dzięki swej ściśliwości, pod wpływem ciśnienia wody wciskającej się do środka nurka, zmniejsza swoją objętość(B). Średnia gęstość nurka wzrasta do wartości większej od gęstości wody. Zgodnie z prawem Archimedesa nurek opada na dno.
- Kiedy zwalniamy nacisk na butelkę i wodę w niej, powietrze rozpręża się wypychając wodę z nurka. Zmniejsza się znowu jego średnia gęstość zgodnie z prawem Pascala. Teraz nurek ma gęstość mniejszą od wody i zgodnie z prawem Archimedesa wypływa(A).