7. Gulička a kovový prstenec

Pomôcky :

Kovová gulička, prstenec, plynový kahan, statív, zápalky,

Realizácia:

Ukážeme, že ak nie sú gulička lička prstencom ľahko prechádza. Guličku zahrejeme plameňom plynového kahana a skúsime ju prevliecť prstencom. Gulička prstencom neprechádza. Ak guličku necháme ležať na prstenci, po čase ním opäť prejde a podarí sa nám ju aj prevliecť naspäť. Ak však po tom, táto gulička prešla ohriatym prstencom, chvíľu počkáme a chceme guličku naspäť prevliecť prstencom, nepodarí sa nám to hneď, ale až po istom čase.

Fyzikálna interpretácia:

Pri ohrievaní sa objem guličky zväčšuje v súlade so vzťahom DV=V_o.b.Dt. Vo vzťahu vystupujúce b je súčiniteľ teplotnej objemovej rozťažnosti a pre izotropné teleso je rovný trojnásobku súčiniteľa teplotnej dĺžkovej rozťažnosti a pre ten istý kov. Objem guličky sa zväčší natoľko, že jej vonkajší priemer bude väčší, než otvor prstenca. Ak necháme guličku položenú na prstenci, gulička sa ochladí a prstenec ohreje. Objem guličky sa zmenší a priemer otvoru prstenca vzrastie, gulička prejde prstencom. Ak sa ju snažíme hneď prevliecť naspäť, tiež sa nám to podarí a prstenec zohriaté, gu Prstenec však má menší objem ako gulička a pomerne veľký povrch, preto chladne rýchlejšie ako gulička a jeho otvor sa zmenšuje rýchlejšie, než priemer guličky. (Objem guličky je 4780,105 mm³, povrch guličky je 1372,279 mm²; objem prstenca je 4228,059 mm³, povrch prstenca je 3087,447 mm². ) Preto, ak chvíľu po tom, čo nám gulička prešla cez ohriaty prstenec, počkáme, nemôžeme prevliecť guličku naspäť cez prstenec. To sa nám podarí až vtedy, keď aj gulička dostatočne vychladne.

Realizačná poznámka:

Na realizáciu zväčša nepostačuje liehový kahan, resp. s jeho použitým je experiment veľmi zdĺhavý.

Metodická poznámka:

Pri tomto experimente je vhodné zadať otázku : Máme kruhovú doštičku s malým otvorom v strede a budeme je zahrievať.  Ako sa mení veľkosť kruhového otvoru ? Žiaci majú mylnú predstavu, že sa otvor bude zmenšovať.

Otázky :