Sådan oprettes en orkan til et videnskabsprojekt

Simulering af hvirvlen af en orkan i en 2-liters flaske er et ligetil og simpelt eksperiment derhjemme eller i klasseværelset. Med et lille bånd, nogle hårde plastrør og andre billige materialer kan du bygge et sjovt og genanvendeligt videnskabsprojekt, der illustrerer de naturlige love bag hvirvler, de fysiske fænomener, der karakteriserer orkaner og tornadoer.

Dannelsen af en hvirvel i en flaske resulterer, når centripetal- og centrifugalkræfter påføres et system med forskellige tætheder, i dette tilfælde forskellen i densitet mellem luft og vand. I naturen dannes hvirvler, når et vådt vejrsystem kolliderer med tør luft. I begge systemer skelner forskellen i tæthed vortexdannelsen.

••• Tara Novak /Demand Media

Skyl flaskerne ud og fjern så meget af de udvendige etiketter som muligt. Blødgøring af flaskerne i varmt vand hjælper dig med at skrælle etiketterne mere af. • ••• Tara Novak /Demand Media

Fyld en af flaskerne med 750 ml koldt vand. Vandet skal fylde omtrent tre fjerdedele af flasken; mere vand vil gøre det sværere at skabe virvelen, mens mindre vand forkorter dens varighed.
••• Tara Novak /Demand Media

Vend den anden flaske på hovedet og placer den oven på den fyldte flaske. Ved hjælp af en stærk lim, fastgør de to flaskeåbninger sammen for at skabe en vandtæt tætning. Lad limen indstille.
••• Tara Novak /Demand Media

Klip kanalbåndet i størrelse og påfør frit omkring forbindelsesleddet for at afslutte tætningen. • •• Tara Novak /Demand Media

Opret virvelen ved at vende flaskerne rundt og dreje den øverste (vandfyldte) flaske i en hurtig retning med uret eller mod uret. Denne handling skaber centripetalkraft rettet mod midten af flasken, der skubber vandet og luften ud til det. Da luft er mindre tæt end vand, presses luften ind i midten, hvilket får virvelen til at dannes. Centrifugalkraft, sommetider benævnt den inertielle kraft i Newtonian mekanik, får luften i midten til at skubbe mod vandet på ydersiden. Jo længere ned i virvelen, jo større bliver denne kraft, hvorfor vandet flyder hurtigere i bunden af flasken end øverst.


Det er vigtigt at bemærke, at begge flasker indeholder stof: flasken på bunden er fyldt med luft, der naturligt ønsker at fortrænge det mere tætte vand øverst. Hvis du ikke drejer den øverste flaske, konkurrerer vand og luft begge klodset om at fortrænge hinanden (danne bobler). At dreje den øverste flaske skaber en bedre mulighed for luftstrøm, hvilket resulterer i hvirveldannelse og hurtigere vandafvanding.




Tips


1. Styrke samlingen mellem flaskerne vil øge eksperimentets levetid og gøre det lettere for børn at bruge. En enkel måde at gøre det på er at købe en kort længde af PVC-rør fra en lokal hardwarebutik. PVC-rørsystemer er billige og holdbare og kan, afhængigt af dens diameter, placeres enten inde eller uden for flaskeåbningerne.
   

   Forbedring af hvirvelens visuelle effekt vil gøre det mere interessant og informativt. Dette kan opnås ved at skære små stykker af flaskeetiketten op og tilføje dem til vandet i trin 2. Når vandet tømmes, vil gliderne bevæge sig hurtigere nær bunden af hvirvlen, hvilket illustrerer centrifugalkraft. Farvet lampeolie eller enhver farvet væske, der er mindre tæt end vand, kan også tilsættes i trin 2 for at skabe en farvet hvirvel. Dette vil gøre virvelen mere visuelt udtalt og kan også bedre illustrere de begreber, der er forbundet med densitet.