בניסוי הזה נגרום לנייר שנושפים עליו לרחף, ונבנה צפצפה חזקה מאוד מנייר. אל תשכחו להזהיר את האנשים שלידכם לפני שאתם נושפים בצפצפה – שלא ייבהלו מעוצמת הקול ;-).
ציוד
- נייר (טישו ונייר רגיל)
- מספריים (לא חובה)
מהלך הניסוי
את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:
הסבר
בסרטון יש שתי הדגמות – אחת התרוממות של נייר מעלה בעת נשיפה לידו, והשנייה צפצפה חזקה שנוצרת כאשר נושפים בין שני ניירות.
במקורות רבים מוזכר 'עקרון ברנולי' כהסבר לתופעה הראשונה, של התרוממות פיסת נייר אשר נושפים מעליה. זה אמנם היה ההסבר המקובל והנפוץ להדגמה כפי שמופיע בספרי לימוד רבים, אולם בשנים האחרונות הובהר כי ההסבר הזה מוטעה ומבוסס על פרשנות שגויה של עקרון ברנולי.
מה שברור הוא שדף הנייר עולה למעלה בגלל שנשיפה של אוויר מעליו גורמת לירידת לחץ מעליו, כך שנוצר חוסר איזון בלחץ האוויר משני צידי הנייר: לחץ נמוך יחסית מעליו, ולחץ גבוה יחסית (הלחץ האטמוספרי הרגיל) מתחתיו, ולכן הלחץ מתחת לנייר מפעיל כוח דוחף על הנייר כלפי מעלה, לכיוון זרם האוויר, והנייר מתרומם.
ומדוע זרימת אוויר מעל נייר גורמת לירידת לחץ מעליו? בגלל תופעות הקשורות לצמיגות וחיכוך הגז. כאשר זרם האוויר יוצא מהפה, המולקולות (החלקיקים הקטנים) שהוא מורכב מהן פוגעות במולקולות אוויר שכנות באוויר העומד. כתוצאה מההתנגשויות, מצד אחד מהירות זרם האוויר הולכת ופוחתת, ואילו מהצד השני – אוויר סטטי שנמצא קרוב לזרם האוויר גם מתחיל לנוע קדימה במקביל לזרם. כלומר אוויר סטטי נסחף עם זרם האוויר. כתוצאה מסחיפה זו, האוויר מעל הנייר נהיה דליל יותר – כלומר בעל לחץ נמוך יותר – שמאפשר ללחץ שמתחת לנייר לדחוף אותו כלפי מעלה.
בנוסף – (עקבל הלחץ הנמוך שנוצר) חלק מזרם האוויר נצמד לדף הנייר המכופף בתופעה המכונה אפקט קואנדה (Coandă) – בה גזים הזורמים ליד גופים מוצקים נצמדים וזורמים במקביל לקווי המתאר החיצוניים של הגופים. זרם האוויר שנצמד לדף ממשיך בתנועה כלפי מטה – הכיוון שאליו פונה הדף ולכן, בגלל החוק השלישי של ניוטון (הקובע כי כל הפעלה של כוח מלווה בהפעלת כוח שווה בעוצמתו והפוך בכיוונו לכוח המקור) הדף עצמו נדחף בכיוון ההפוך - כלפי מעלה. זה גם ההסבר הבסיסי לתעופה של מטוסים, בעת התקדמות המטוס קדימה, אוויר נדחף מהכנפיים כלפי מטה – ודוחף את המטוס כלפי מעלה.
הצפצפה שבהדגמה השנייה בסרטון מבוססת על מעין 'מלחמה' בין שני גורמים – מצד אחד נשיפה שגורמת לירידת לחץ ולהצמדה בין הדפים, מצד שני כוח הדחף של הנשיפה של האוויר ש"רוצה" לעבור בין הדפים (ולהפריד ביניהם) מה שגורם לרטט מאוד מהיר של הדפים – שבתורם מרטיטים במהירות את האוויר שלידם – מה שגורם לגל קול, כפי שמוסבר בניסויים 'כיבוי אש באמצעות קול' ו'ניגון על כוס יין'.
במקרה הזה אפשר להסביר את היצמדות הדפים באופן דומה לעליית הדף בחלק הראשון של הניסוי, אבל כאן אפשר להחיל את עקרון ברנולי. העקרון קובע שלחץ של גז ומהירותו הם שני ביטויים של אנרגיה, כך שאם ישנה מערכת מבודדת מבחינת אנרגיה, אם אחד הגורמים עולה, השני יורד ולהפך –עקב חוק שימור האנרגיה. כאשר הדפים מתחילים להתקרב זה לזה בגלל אפקטים של צמיגות וחיכוך של האוויר, יש הצרה בזרימת האוויר, שמלווה בהכרח בעלייה במהירות שלו משום שאותה כמות אוויר צריכה לעבור דרך שטח חתך קטן יותר. עלייה במהירות זו גורמת לירידה בלחץ עד כדי כך שהניירות נצמדים – אז נעצר לרגע זרם האוויר, הלחץ עולה חזרה הניירות נפרדים והתהליך חוזר חלילה.
ברצוני להודות לאורן אקשטיין על הסיוע בדיוק המדעי של הכתבה
