|
|||||||
|
|
|
|||||
|
|
|||||||
|
|
|
الصفحة الرئيسية - الفيزياء - الكيمياء - الأحياء - مناهج دراسية - دليل المواقع |
Vortex الدوامة
This idea comes to you from © Exploratorium
Whirling water creates a tornado in a bottle. الإعصار فى الزجاجة
الأدوات المستخدمة
|
Two 2-liter soda bottles.زجاجتين مياه غازية - 2لتر A Tornado Tube™ plastic connector . Or you can make your own using a washer with a 3/8 inch (9.5 mm) hole and electrical tape. شريط لاصق و حلقة مطاطية لربط الزجاجتين Optional: A small dropper bottle of food coloring and/or bits of paper. لون أو قطع ورقية صغيرة |
الإعداد
إملأ زجاجة المياه الغازية حتى ثلثيها بالماء . ويمكنك إضافة مؤثرات خاصة مثل لون ما أو قصاصات ورق صغيرة . اربط الزجاجتين ببعضهما باستخدام حلقة المطاط والشريط اللاصق .
|
Fill one of the soda bottles about two-thirds full of water. For effect, you can add a little food coloring or paper bits to the water. Tape the bottles together with the washer between them. |
|
التنفيذ
|
ضع الزجاجتين على منضدة بحيث تكون الزجاجة المملوءة هى العليا . لاحظ حركة الماء إلى أسفل وكذلك حركة فقاقيع االهواء إلى أعلى . Place the two bottles on a table with the filled bottle on top. Watch the water slowly drip down into the lower bottle as air simultaneously bubbles up into the top bottle. The flow of water may come to a complete stop. كرر التجربة عدة مرات وذلك بتعديل وضع الزجاجات بحيث تكون الزاجة المملوءة بالماء لأعلى ولاحظ فى كل مرة الدوامة المتكونة والتى تشبة القمع . يمكنك عمل التجربة باستخدام زجاجة واحدة ، املأها بالماء و فرغها فى حوض أو حتى على الأرض ولاحظ تكون هذه الدوامة أيضا . ولكن يجب أن تملأ الزجاجة بالماء فى كل مرة عند اعادة التجربة . With the filled bottle on top, rapidly rotate the bottles in a circle a few times. Place the assembly on a table. Observe the formation of a funnel-shaped vortex as the bottle drains. Notice the shape of the vortex. Also, notice the flow of the water as it empties into the lower bottle. You can make the vortex with a single bottle by twirling the bottle and holding it over a water basin or the ground to drain, but you lose the water and have to refill the bottle each time you use it. |
التفسير
يولد التوتر السطحى للماء طبقة سطحية رقيقة فى فى وسط الموصل بين الزجاجتين وذلك قبل دوران الماء .
|
When the water is not rotating, surface tension creates a skinlike layer of water across the small hole in the center of the connector. تسقط القطرات من الزجاجة العليا إلى السفلى فيزداد ضغط الهواء فى الزجاجة السفلى و تتصاعد الفقاعات إلى الزجاجة االعليا . وبانخفاض كمية الماء فى الزجاجة العليا يقل الضغط الذى تحدثه على المنطقة الفاصلة بين الزجاجتين . فعندما يقل ضغط الهواء من أسفل وضغط كمية الماء من أعلى يزداد تدفق الماء بسهولة . If the top bottle is full, the water can push out a bulge in this surface to form a bulbous drop, which then drips into the lower bottle. As water drops into the lower bottle, the pressure in the lower bottle builds until air bubbles are forced into the upper bottle. The pressure that the water exerts on the surface in the connector decreases as the water level in the upper bottle drops. When the water level and pressure drop low enough, the water surface can hold back the water and stop the flow completely. أعد التجربة عدة مرات تلاحظ حدوث دوامة – دوران الماء - فى الزجاجة العليا . يتدفق الماء لأسفل بتأثير الجاذبية ويتمركز هذا التأثير فى وسط الفوهة التى تصل بين الزجاجتين مما يولد نفس التأثير فى الزجاجة العليا فيتولد الدوران فى منتصفها وذلك إذا أهملنا قوة الإحتكاك . وهذا يعنى أن سرعة دوران الماء تزداد كلما اقتربنا من مركز الزجاجة العليا . If you spin the bottles around a few times, the water in the upper bottle starts rotating. As the water drains into the lower bottle, a vortex forms. The water is pulled down and forced toward the drain hole in the center by gravity. If we ignore the small friction forces, the angular momentum of the water stays the same as it moves inward. This means that the speed of the water around the center increases as it approaches the center of the bottle. (This is the same reason that the speed of rotating ice skaters increases when they pull in their arms.) و لذلك تستخدم الماء فى توضيح فكرة قوة الجذب المركزية . وهذه القوة ناتجة من تأثير عدة عوامل هى ضغط الهواء وضغط الماء والجاذبية . ويمكنك تحديد المنطقة التى تزداد فيها قوة الجذب المركزية بالنظر إلى مستوى انحدار الماء داخل الدوامة . ففى المنطقة التى يزداد فيها انحدار الماء – المنطقة السفلى من الدوامة – فإن قوة الجذب المركزية تزداد . وكلما ازدادت سرعة الدوران وقل نصف قطر الفوهة ازدادت قوة الجذب المركزية . To make water move in a circle, forces called centripetal forces must act on the water. These "center pulling" forces are provided by a combination of air pressure, water pressure, and gravity. You can tell where the centripetal forces are greater by looking at the slope of the water. Where the water is steeper, such as at the bottom of the vortex, the centripetal force on the water is greater. Water moving with higher speeds and in smaller radius curves requires larger forces. The water at the bottom of the vortex is doing just this, and so the wall of the vortex is steepest at the bottom. (Think about race cars: Racetracks have steeper banks on high-speed, sharp corners to hold the cars in their circular paths around the track.) يسمح الثقب المتكون فى الدوامة للهواء بالتدفق إلى الزجاجة ا لعليا مما يؤدى إلى تفريغ الماء بسهولة . The hole in the vortex allows air from the lower bottle to flow easily into the upper bottle. This enables the upper bottle to drain smoothly and completely. |
تحدث ظاهرة الدوامة فى الأعاصير و التغيرات الجوية والمجرات .............الخ .
|
Vortices occur in nature in many forms: Tornadoes, whirlpools, weather systems, galaxies, etc. The essence of a vortex is that objects are drawn together toward the center, then miss!
|