I dette forsøg skal du undersøge, hvilken betydning luftens temperatur har for trykket i en flaske.
Væsker er flydende – det ved enhver. Det mest almindelige eksempel er vand. Men der findes faktisk væsker, der opfører sig helt anderledes end vand. De kan nemlig blive til faste stoffer, når de udsættes for tryk. Og det kan nærmest se ud som om, at væsken kommer til live, når man trykker på den med en højttaler.
VIGTIGT – læs dette sikkerhedsafsnit inden du går i gang. Der er INGEN garanti for, at højttaleren overlever forsøget. Forsøget bør udføres udendørs.
De fleste fysik/kemi-lokaler har en funktionsgenerator. Herudover skal der bruges en udtjent stor bashøjttaler.
Prøv at svare på følgende spørgsmål:
Kartoffelmelblandingen opfører sig som en væske, når den ligger stille eller påvirkes med lave tryk (der ligger vand mellem stivelsesmolekylerne, som kartoffelmelet består af og gør den væskeagtig) og som et fast stof, når man rører rundt i den med kraftige bevægelser (her kommer stivelsesmolekylerne til at røre ved hinanden).
Når vi tænder for højttaleren, bevæges hele kartoffelmelblandingen samtidig op og ned i voldsomme bevægelser (ca. 25 gange op og ned i sekundet!). Derfor stivner kartoffelmelblandingen og føles som et fast stof. Når man slukker højttaleren eller skruer meget ned for amplituden, opfører blandingen sig som en væske igen. Oplever du, at den er et fast stof, efter du har slukket for højttaleren, kan det skyldes, at der er fordampet vand fra overfladen af blandingen.
Når man skubber kraftigt til kartoffelmelblandingen, kan stivelsespartiklerne ikke nå at orientere sig i forhold til hinanden, og de samles derfor i en gitterstruktur, så massen bliver fast.
Væsken er et eksempel på en ikke-newtonsk væske, hvor viskositeten (udtryk for hvor tyktflydende væsken er og hvor meget modstand, der er i den) afhænger af flydehastigheden. Her stiger viskositeten med flydehastigheden, og massen bliver tykkere, når man øger forskydningskraften på væsken.
Der kan gøres meget for at forbedre dette forsøg. Hvis du har adgang til en højttaler, der normalt benyttes til bølgeforsøg, kan du forsøge at fastmontere en plade, der er mere stiv i det. Herefter kan du forsøge at udføre forsøget ved 120 Hz. Afhængigt af frekvensen og amplituden kan du nemlig danne fuldstændigt stabile huller i kartoffelmelblandingen.
I den nedenstående artikel har de udført et forsøg, hvor huller, der blev pustet i overfladen med et sugerør, var stabile næsten tre timer. Det er på trods af, at trykket fra væggene i hullet (også kaldet det hydrostatiske tryk) burde få hullerne til at kollapse. Fænomenet er muligt i såkaldte dilatante materialer. Det er materialer, hvor viskositeten stiger, når de deformeres.
Materialer, der opfører sig som kartoffelmel, forsøger man også at bruge i nye typer af skudsikre veste. Her vil man gerne udnytte, at de er meget bøjelige, når de ikke udsættes for høje stresspåvirkninger, men stivner, når de rammes af fx en kugle fra en pistol. Med de dilatante væsker bevæger vi os i forskningsområder, som vi ikke forstår fuldstændigt.
En funktionsgenerator er en analog høj-teknologi. Den kan udsende forskellige former for elektriske signaler, eksempelvis et sinusformet elektrisk signal ved lave hørbare frekvenser. Læs mere her.
En højttaler er en analog høj-teknologi. Den omsætter et elektrisk signal til bevægelse ved hjælp af vekselvirkningen mellem en spole og en magnet. Bevægelsen overføres til en membran, der trykker luften sammen, som bliver til lydbølger. Læs mere om højttalere her.
Prøv at ændre frekvensen på funktionsgeneratoren. Din variabel er frekvensen.
Virkningsfuld kompetenceorienteret naturfagsundervisning indeholder bl.a. elementer af problembaseret og elevstyret undervisning. Et greb, du som underviser kan bruge, er at implementere åbenhed, ved at stilladsere undersøgelserne med frihedsgrader.
Problembaseret og elevstyret undervisning er kendetegnet ved, at eleverne arbejder selvstændigt med egne undersøgelser. Eleverne skal finde egne svar, og det skal ikke være givet på forhånd, hvad de skal. Eleverne skal ikke reproducere eller genskabe allerede eksisterende undersøgelser.
Som underviser udvælger du en grad af frihed samt hvilket trin, den skal implementeres i. Astra opdeler en undersøgelse i følgende seks trin, hvor du kan arbejde med implementering af frihedsgrader.