Vznášedlo

Provedení experimentu

Před vlastním experimentem je nutné balonek nafouknout. Může se zdát, že dále uvedený postup není nejlepší, ale funguje a z dalších možných způsobů, jak balonek nafouknout, je nejpraktičtější a nejrychlejší.

Model vznášedla přiložíme k ústům otvorem ve víčku krabičky od filmu a nafukujeme balonek. Pokud by tento způsob byl problematický, lze balonek nafouknout také tak, že otevřeme krabičku od filmu a foukáme do ní. Při nafukování balonku balonek na krabičce přidržujeme. Nafukovat balonek přímo není dobré proto, že se pak velmi těžko vrací zpět na krabičku od filmu.

Když je balonek dostatečně nafouknutý (viz obr. 3), přiložíme na otvor ve víčku krabičky prst a přeneseme model vznášedla nad vodorovnou hladkou desku stolu. Na desce nesmí být žádné nerovnosti či ubrus. Vznášedlo položíme na desku stolu a uvedeme jej do pohybu. Stačí působit i velmi malou silou. Vzhledem k tomu, že se vznášedlo pohybuje po desce bez tření, pohybuje se relativně rychle a urazí relativně dlouhou dráhu. Velikost počáteční rychlosti, kterou vznášedlu udělíme, je nutno volit obezřetně. Při velkých rychlostech se projeví odporová síla balonku a vznášedlo se nebude pohybovat stabilně – vlivem této odporové síly se rozkýve a jeho pohyb bude brzděn třecí silou působící mezi CD a deskou stolu. Tyto doprovodné jevy je ale možné rozebrat přímo se žáky.

Pomocí této pomůcky lze studovat pohyb rovnoměrný přímočarý (závislost uražené dráhy na čase, závislost celkové uražené dráhy na velikosti počáteční rychlosti), je možné demonstrovat proudění plynu, ukázat princip „levitace” vlaků, který se stále častěji uplatňuje v železniční dopravě, při opatrném nadzvedávání CD lze ukázat vznik podtlaku pod CD vzhledem k okolnímu tlaku vzduchu.

Vysvětlení experimentu

Po uvolnění otvoru ve víčku krabičky od filmu začne unikat z balonku vzduch. Vzhledem k malému otvoru, kterým vzduch uniká, proudí vzduch relativně velkou rychlostí – jak vyplývá z rovnice kontinuity. Je-li krabička od filmu na CD upevněna symetricky, je celé vznášedlo symetrické, a proto je nadnášeno unikajícím vzduchem rovnoměrně. Unikající vzduch tak vytvoří vzduchový polštář, na kterém se vznášedlo pohybuje – třecí síla mezi deskou stolu, po které se vznášedlo pohybuje, a CD je minimální.

S postupným únikem vzduchu z balonku klesá i velikost rychlosti, kterou vzduch vniká pod CD, a klesá tedy i velikost síly, kterou je CD nadlehčováno. Při určitém objemu balonku se tak již začnou projevovat třecí síly působící mezi CD a deskou stolu. Pohyb vznášedla začne být těmito silami brzděn, až se vznášedlo nakonec zastaví.

Vzduch unikající relativně velkou rychlostí z balonku pod CD má nižší tlak než je tlak okolního vzduchu. To vyplývá z kvalitativního závěru Bernoulliho rovnice; kvantitativně platí Bernoulliho rovnice probíraná ve střední škole pouze pro ideální kapaliny.