Každý vie, že voda tečie vždy smerom z kopca. Alebo to tak nie je? Tento mesiac si ukážeme pokus, pri ktorom voda tečie nahor, hoci len zdanlivo.
Videonávod tohto experimentu, ako aj všetkých predchádzajúcich, nájdete na stránke video.matfyzjein.sk/experimenty.
Pomôcky
Reproduktor, hadica, zdroj vody, lepiaca páska, generátor tónov, kamera s displejom alebo prepojená na obrazovku
Postup
Z reproduktora odstránime ochranný kryt (väčšinou je to mriežka), ktorý bráni priamemu prístupu k jeho membránam. Jeden koniec hadice pripevníme lepiacou páskou zvonka na basovú membránu reproduktora (tú najväčšiu) a druhý na prívod vody. Reproduktor napojíme na zariadenie, v ktorom máme nainštalovaný generátor tónov, napríklad mobilný telefón.
Kameru nastavíme tak, aby sme videli prúd vody aj vibrácie membrány reproduktora. Pustíme vodu do hadice a necháme ju z nej voľne vytekať prúdom. Zapneme generátor tónov v mobile a postupne meníme frekvenciu tónov.
Pozorovanie
Voda vytekajúca prúdom z hadice je rozochvievaná membránou reproduktora vo frekvencii, ktorú nám udáva generátor tónov. Podľa toho, akú máme kameru a koľko obrázkov za sekundu sníma, by sme mali nastaviť aj generátor tónov. Frekvenciu vysielaného zvuku volíme v okolí násobkov snímacej frekvencie kamery.
Ak sa nám podarilo všetko správne nastaviť, na displeji kamery pozorujeme prúdenie vody z hadice klasicky smerom nadol, pri konkrétnej frekvencii by malo dôjsť k efektu statického obrazu a pri jemnom znížení frekvencie k efektu stúpania vody.
Vysvetlenie
Veda vraví, že na to, aby sme mohli správne vyskladať prijatú informáciu, musí byť informácia spracovaná minimálne dvakrát väčšou rýchlosťou, než je rýchlosť pôvodného signálu. Ak tento limit nedodržíme, prichádza k sfalšovaniu informácie. Preto sa vo filmoch pri správnom pomere rýchlosti snímania kamery a rýchlosti otáčania kolies kolesá na autách točia zdanlivo opačným smerom.
Na ľahšie pochopenie javu si môžeme predstaviť, že každý deň spravíme len jeden záber oblohy so slnkom. Prvý deň spravíme fotografiu o piatej večer a potom každý deň o hodinu skôr, teda každých 23 hodín. Keď si následne jednotlivé snímky zoradíme za sebou a premietneme, môže sa nám zdať, že slnko putuje po oblohe opačným smerom, než je to v skutočnosti, zo západu na východ. Keby sme robili fotografiu každý deň v ten istý čas, tak sú zmeny jeho polohy malé a nám by sa mohlo javiť, že slnko na oblohe stojí. Keď budeme robiť snímku každých 25 hodín, bude na našich obrázkoch cestovať správnym smerom.
25 kmitov za sekundu
Kamera v našom videu sníma 50 obrázkov za sekundu. Na videu vidno, že pri frekvencii 25 Hz (25 kmitov za sekundu) sa prúd vody javí ako zdanlivo nehybný. Pri tejto frekvencii zvukových vĺn sa hadica rozkmitala najviac a naživo sme videli široký prúd vody. Na videu však vidíme stojatý prúd vody tvoriaci špirálu.
Pri frekvenciách 23 a 27 Hz pozorujeme naživo neustále rovnako široký prúd vody bez výraznejších zmien, no na displeji kamery vidíme úplne iný obraz. V prípade frekvencie 23 Hz voda v špirále stúpa naspäť do hadice a v prípade 27 Hz z hadice vyteká. To isté sa bude diať aj v okolí frekvencie 50 Hz, len vtedy hadica kmitá už s menšou odchýlkou a jav nie je až taký zreteľný. Pri frekvencii 44 Hz voda zdanlivo tečie nahor a pri 54 Hz nadol. Keby sme šli k dvojnásobnej frekvencii tónov, jasne by sme pozorovali zmenšenie amplitúdy membrány reproduktora a teda aj amplitúdy kmitov hadice, preto by bol jav slabšie viditeľný.
PaedDr. Soňa Gažáková, PhD.
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Foto a video Stanislav Griguš
Svoje realizácie experimentov môžete posielať na adresu sona.gazakova@fmph.uniba.sk.
