בניסוי הזה נבנה משאבה קטנה ששואבת מים כאשר היא מסתובבת.
ציוד
- קשית
- שיפוד ארוך (עדיף מעץ)
- נעץ
- קערה
- מים
- נייר דבק (סלוטייפ)
- עט או טוש סימון
מהלך הניסוי
את מהלך הניסוי תוכלו לראות בסרטון הבא:
הרעיון לניסוי לקוח מהאתר הנפלא "Toys from Trash(צעצועים מאשפה)" ופותח על ידי איש החינוך ההודי ארווינד גופטה. מומלץ מאוד לחובבי ניסויים מדעיים להציץ באתר שלו (באנגלית).
הסבר
כשאנחנו מסובבים את הקשיות אנחנו מסובבים גם את המים שבתוכן. כאשר גוף נע בתנועה סיבובית הוא "מרגיש" כוח שדוחף אותו החוצה – אל מחוץ לרדיוס הסיבוב. הכוח הזה נקרא "כוח צנטריפוגלי". את הכוח הזה אנחנו מרגישים היטב כשאנחנו נוסעים במכונית ונכנסים לסיבוב. אנחנו מרגישים שאנחנו "נזרקים" החוצה, אל מחוץ לכיוון הסיבוב. אם המכונית פונה ימינה אנחנו מרגישים כוח שדוחף אותנו שמאלה, וההיפך.
אותו דבר "מרגישים" גם המים שבתוך הקשית המסתובבת – כוח שדוחף אותם החוצה (החצים האדומים בתמונה למטה). כיוון שהדרך היחידה שלהם החוצה היא במעלה הקשית, הם נשאבים למעלה (החצים בצבע טורקיז בתמונה).
הכוח הצנטריפוגלי תלוי במהירות התנועה של הגופים המסתובבים, כך שככל שהסיבוב מהיר יותר גם הכוח הצנטריפוגלי חזק יותר. לכן, אם נסובב את השיפוד והקשית מהר מספיק, המים ירגישו" כוח חזק מספיק ויפרצו החוצה. כיוון שהקשית טבולה כל הזמן במים, מים חדשים מתחתית הקערה ממלאים כל הזמן את מקומם של המים שנשאבים מתחתית הקשית, כך שהשאיבה ממשיכה ברציפות.
עוד קצת על הכוח הצנטריפוגלי
הכוח הצנטריפוגלי אינו עומד בפני עצמו - כלומר אין גוף שמפעיל אותו, אלא הוא תולדה של עיקרון פיזיקלי אחר ובסיסי יותר. כל גוף בטבע נוטה להישאר במצב שבו הוא נמצא: גוף שלא זז ישאף להישאר באותו מקום, ואילו גוף בתנועה ישאף להמשיך לנוע באותה מהירות ובאותו כיוון של התנועה. את העובדה הזאת גילה וניסח המדען גלילאו גליליי לפני כ-500 שנה והיא נקראת "עקרון ההתמדה", או "האינרציה" של גופים.
מאוחר יותר ניסח הפיזיקאי אייזק ניוטון את העיקרון בצורה כללית יותר במה שידוע בתור החוק הראשון של ניוטון. כיוון שבתנועה סיבובית כיוון התנועה משתנה כל הזמן (מסתובב), גוף שנמצא בתוך כלי מסתובב (כמו המים שבתוך הקשית) ישאף להמשיך לנוע בקו ישר ולכן יידחף אל דפנות הכלי המסתובב – וזהו הכוח הצנטריפוגלי. כלומר מ'נקודת מבטו' של הגוף בתוך הכלי המסתובב ישנו כוח, אבל במבט רחב יותר שרואה את התמונה כולה כוח זה נובע מסיבות של התמדה.
מעניין לציין
משאבות מים צנטריפוגליות, שמשתמשות באותו עיקרון שהצגנו בניסוי, הן הנפוצות ביותר כאשר צריך לשאוב נוזלים בכמות גדולה. במשאבות צנטריפוגליות מסחריות המים מוזנים למרכזו של מכל שמכיל גלגל כפות מסתובב. הגלגל מסובב את המים והם "נזרקים" החוצה דרך פתח צדי, כפי שאפשר לראות באנימציה הבאה:
