A közegellenállási erő mérése

A légi, földi, és vízi közlekedési eszközök jelentős hányada, nem megújuló energiaforrásból származó energiát használ. A felhasznált energia mennyiségét, a súrlódás mellett jelentős mértékben befolyásolja a közeg, amiben a jármű mozog. A közeg mozgást akadályozó hatását – közegellenállási erőt – jelentős mértékben befolyásolja a jármű alakja. Most ezt az alaktól való függőséget vizsgáljuk meg.

Szükséges eszközök

• Levélmérleg
• Porszívó
• Néhány 8 mm átmérőjű csavaranya és alátét
• 3 db. asztali tenisz (pingpong) labda
• 1 db fél literes sima falú műanyag palack
• 2 db hurkapálca
• Pillanatragasztó
• Papír
• Olló

A kísérlet menete

Az egyik asztalitenisz labdát, éles késsel, vagy lombfűrésszel kettévágjuk. Az egyik félgömb, homorú, a másik félgömb domború oldalának közepéhez ragasztunk egy 10 cm. hosszú hurkapálcát, sugár irányba. A két egészben hagyott labdához szintén hozzáragasztunk egy hurkapálcát. A papírból készítünk egy 6 cm. magas kúppalástot, melynek alapköre a ping-pong labdáéval azonos átmérőjű legyen. A palást felső részét vágjuk le, úgy hogy a horkapálca átférjen a lyukon. A palástot ragasszuk hozzá a labdához. Keményebb papírból vágjunk ki egy a labda átmérőjével azonos, egy nagyobb, és egy kisebb átmérőjű kört, és ehhez is ragasszunk hozzá egy hurkapálcát. A levélmérleg tányérját levesszük, és a csőre tett csavarokkal kiegyensúlyozzuk. Ez után az elkészített profilok egyikét a csőbe dugjuk, majd rátoljuk a flakonból készített hengert. A henger felső részébe a porszívó segítségével levegőt fújunk. A mérleg mutatója kitér. Ismételjük meg ezt a műveletet a további hat profillal is, és jegyezzük fel, melyik profil esetén mekkora a kitérés.

Magyarázat

A hajszárító és a műanyag cső segítségével, egy szélcsatornát hoztunk létre, így könnyen mérhetünk, mert a járművet helyettesítő profil helyben marad. a közegellenállási erő nagyságát pedig csak a test és a közeg egymáshoz viszonyított sebessége szabja meg. Ezzel a módszerrel csak a „jármű” alakjától, és a homlokfelület (az áramlásra merőleges legnagyobb keresztmetszet) nagyságától való függést vizsgáltuk meg. A sebességtől való függést is vizsgálhatjuk, ha a porszívóból kifujt levegő mennyiségét, tudjuk változtatni. A közeg sürüségétől való függést nem kell vizsgálni, mert a levegő sürüsége hangsebesség alatt áramlás közben sem változik. A közegellenállási erőre vonatkozó

F = k A ς v²

összefüggésből láthatjuk, hogy rendkívül nagy szerepe van a k–val jelzett alaktényezőnek.

Szükséges óvintézkedések

Balesetveszélyt a labda szétvágása jelenthet. Kellő odafigyeléssel azonban a szétvágás könnyen megoldható. A szétvágást egy izzított ellenállás huzal segítségével is elvégezhetjük.