Fysikshow i kursen Fysik för poeter 20 maj 2013 med Carl-Olof Fägerlind cfl@lidingo.se

Transkript

1 Fysikshow i kursen Fysik för poeter 20 maj 2013 med Carl-Olof Fägerlind cfl@lidingo.se 0 Experiment Område 1 UV-spektrum Kvantfysik 2 Fission med tändstickor Kvantfysik 3 Bandgeneratorn Ellära 4 Spetsurladdning Ellära 5 Sätt fast en ballong på väggen Ellära 6 Stark ektromagnet Ellära 7 Swing it Magistern Ellära 8 Skruvmotorn Ellära 9 Kul med kulor Mekanik 10 Fallande magnet Ellära 11 Prandtls pall Mekanik 12 Lucinda Ruh Mekanik 13 Air ballon on Liquid Nitrogen Termodynamik varvaren Vågrörelselära 15 Flöjt med fågelläte Vågrörelselära 16 Sugrörsflöjt Vågrörelselära 17 Tomtebloss Mekanik 18 Tyngdlöshet Mekanik 19 Ballong och låga Termodynamik 20 Boiling by Cooling. Termodynamik 21 Convection Chimney Termodynamik 22 Drinking Duck Termodynamik 23 Drinking Duck med huv Termodynamik 24 Christiansen-effekten Vågrörelselära 25 Näsflöjt Vågrörelselära 26 Vissla Vågrörelselära 27 Applåder Vågrörelselära 28 Rijkes rör Vågrörelselära 29 Kväveraket Termodynamik 30 Tändsticksasken Mekanik 31 Ryck bort duken Mekanik 32 Centre the Cork Mekanik 33 Ångbildningsvärme Termodynamik 34 Carl-Olofs ljushållare Vågrörelselära 1 UV-spektrum Från en kvicksilverlampa låter vi ljustrålarna gå via ett prisma. Då bryts strålarna, som vi ser. Olika våglängder det vill säga olika färger bryts olika mycket. Blått ljus har kortare våglängd än rött ljus och bryts mest. UV-strålar finns med, men dessa kan vi inte se. De har för kort 1

2 våglängd. Men om vi sätter ditt ett vitt papper så kan vi se UV, ty det fluorescerar. Atomer absorberar UV-ljuset och sänder tillbaka det med längre våglängd, så att vi kan se det. 2. Fission med tändstickor. Du har två små brädor. I dessa finns borrade hål med 12 mm avstånd. Fyll alla dessa med tändstickor. Tänd en av dessa tändstickor. Den brinner då ensam. Sätt ihop dessa två brädor så att avståndet mellan plånen blir 6 mm. Nu sprider sig elden som en explosion. 3. Bandgeneratorn A Kam men ä r jord ad I bandgeneratorn så är det ett band, som går runt. Nederst finns en metallkam, som nuddar vid bandet och överst finns också en kam som nuddar emot bandet. Den nedre kammen är jordad och den övre är kopplad till kupan. Då bandet snurrar, så fastnar elektroner från den övre kammen på bandet. Dessa elektroner fastnar sedan på den nedre kammen och går till jorden. På så sätt så blir den övre huvan positiv. Den kan få spänningen V. Detta är inget farligt ty energin är mycket liten. Strömmen som levereras är minimal. Om man tar en metallstång så kan man lätt ta emot gnistor. Om jag tar på mig en huva med silkespapper och ställer mig på en pall så blir jag positivt laddad. Alla silkespappersbitar blir också positivt laddade. Därför stöter de bort varandra. Det ser lustigt ut. 4. Spetsurladdning Jag tar en metalltråd som är spetsig i båda ändar och böjd enligt figuren. Jag sätter den på huvudet och den kan snurra lätt. Jag och metalltråden är positivt laddade. Vid spetsen så rycks det loss elektroner från luftmolekylerna. Då blir luftmolekylerna positiva och stöter bort metalltråden så att den snurrar åt det hållet. 5. Sätt fast en ballong på väggen Ta en oladdad ballong och gnid den mot väggen. Då lossnar elektroner från atomerna i väggen och fastnar på ballongens atomer. Samma sak som experimentet ovan. Ballongen blir negativ och väggen blir positiv. Väggen och ballongen dras till varandra och den hänger kvar. 2

3 6. Stark elektromagnet Jag har en bra elektromagnet, som består av en järnkärna och 200 varv koppartråd. När det går ström, så bildas magnetism. Magnetfältet gör att järnbitarna sitter ihop med stor kraft. 7. Swing it Magistern Lägg en tunn aluminiumfolieremsa över en stavmagnet. Kör växelström från en funktionsgenerator genom denna med frekvensen 1 Hz. Du kan ha på rockmusik, ty den musiken har just den frekvensen. Du kan byta stavmagneten mot hästskomagneter. Då får du en annan effekt. När det går ström genom ett magnetfält, så bildas det krafter. Men ser hur det svänger fram och tillbaka på ett lustigt sätt. 8. Skruvmotorn En magnet sitter på en skruv, så att skruven kan hänga i ett batteri. En koppartråd leds från batteriets minuspol till magneten som är i kontakt med pluspolen. En ström går in i magneten. Då bildas en kraft, så att det snurrar. Se figuren. 3

4 Tunn bräda 9. Kul med kulor Kloss I vissa leksaksaffärer kan du köpa två kulor, som ser lika dana ut och är lika tunga. Den ena är en studsboll men den andra studsar inte alls. Ställ i ordning som figuren visar. Ställ den tunna brädan så att studskulan precis välter den vid krocken. Den andra kulan kommer då inte att välta brädan. Dvs. Kulan som studsar välter brädan. Kulan utan studs välter ej brädan. För att stanna en kula så behövs en kraft. För att skjuta iväg kulan behövs samma kraft. Kulan som studsar åstadkommer två krafter eftersom den både stannar och far iväg. Kulan som endast stannar kräver bara en kraft. 10. Fallande magnet Låt en stark magnet falla i ett kopparrör. Magneten faller långsamt. Koppar är inte magnetisk, men det induceras strömmar i röret. Dessa strömmar har också ett magnetfält som är motriktat magnetens magnetfält. Då blir det nordända mot nordända eller sydända mot sydända och det bromsar fallet. 11. Prandtls pall. Om jag snurrar med två kg i utsträckta händer. Då har ju två-kilosvikterna en viss fart. Samma fart vill de ha när ja drar dom till magen. Då måste jag få en snabbare rotation. Du kan pröva att göra det i en skrivbordsstol. 12. Lucinda Ruh. Hon gör samma sak som jag gjorde i försök 11. Hon finns med i Guinness rekordbok för att snurra fortast och längst. 13. Air Ballon On Liquid Nitrogen En ballong blåses upp och läggs i flytande kväve. Luften i ballongen kyls så att den blir flytande. Volymen sjunker då nästan till 0 m 3. Ballongen krymper ihop totalt. När jag tar upp den återgår den till sitt första utseende. 4

5 varvsgramofonen. En nål sätts i ett spår på 78-varvsplattan. Spåret svänger fram och tillbaka. Nålens vibrationer ger musik. Denna svängning förstärks i lådan. Det blir resonans och vi hör musik. 15. Flöjt med fågelläte Fyll flöjten med lite vatten. Då tonen skapas, så ändras vatten nivån. Ena ögonblicket är luftvolymen liten, nästa ögonblick är den ännu mindre. Vi få olika toner. 16. Sugrörsflöjt. Om du tar ett sugrör och klipper det som figuren visar. Därefter tuggar du med kindtänderna där du har klippt. Nu kan du blåsa och få en ton. I sugröret skapas en ton som har en våglängd. En lag säger ljudfarten = tonhöjd. våglängd. Om du klipper av sugröret, så blir våglängden mindre. Då måste tonhöjden bli större för att farten är konstant. Vi får en högre eller ljusare ton. 17. Tomtebloss Ta ett tomtebloss och sätt det i en borrmaskin. Böj det åt sidan 90. Tänd det och snurra sedan. Som du ser gäller Newtons första lag. Gnistorna går rakt fram. 5

6 18. Tyngdlöshet. Hur ser leksaken kalle ut när jag släpper den? När du faller fritt så är du viktlös. Inga krafter verkar. Så det första är att den drar ihop sig helt. 19. Ballong och låga Fyll en ballong med vatten och håll den över lågan till ett ljus. Ballongen tål 200 o. Ljusets temperatur är o värme, men ballongen får högst temperaturen 100 o för vatten kokar vid den temperaturen. Därför håller ballongen. 20. Boiling by Cooling. Vatten kokar vid 100 o C vid normalt lufttryck. Det kokar vid 60 o C på ett högt berg där trycket är lägre. Där kan du inte koka ägg. Rundkolven innehåller lite vatten. Det får koka en minut, så att kolven är full med vattenånga och all luft har försvunnit. Korken sitter löst ovanpå. Därefter sätts korken fast och rundkolven vänds. Kolven innehåller lite vatten och resten vattenånga. Då denna kyls av is, så kondenserar vattenångan till vatten. Trycket sjunker mycket, vilket innebär att det börjar koka. 6

7 21. Convection Chimney Då röret sätts över lågan så slocknar den. När lågan brinner så bildas koldioxid och vatten av luftens syre. Koldioxiden släcker lågan. Då pappskivan stoppas i så brinner ljuset. Man ser att det fladdrar. Det tyder på att vi har konvektion. Luften stiger på ena sidan och sjunker ned på den andra sidan. Luften kommer då i konvektion, så att koldioxid går upp och ny luft kommer ned. 22. Drinking Duck När du väter huvudet på Drinking Duck, så avdunstar vattnet där. Då vatten avdunstar krävs det värme. Värmen tas från huvudet. Temperaturen innanför huvudet sjunker. Då sjunker också trycket. Därför stiger vätskan. Efter ett tag så blir den för tung i huvudet och tippar. Nu försvinner undertrycket eftersom det blir öppet i botten. Se figuren. Då rinner vätskan tillbaka så att den reser sig igen. Nu har den ju doppat huvudet i vattnet, så huvudet kan fortsätta att avdunsta. Detta fortsätter. 23. Drinking Duck med huv När man sätter en huv över Drinking Duck så nyktrar han till. Det beror på att luften i huven blir mättad på fukt, vilket innebär att vattnet på huvudet slutar att avdunsta. Då upphör fenomenent- 7

8 24. Christiansen-effekten Ett glasrör förs ned i glycerol. Denna vätska har brytningsindex 1,465. Det är samma brytningsindex som vätskan har. Nu ser man inte glasröret, ty strålarna bryts ej. 25. Näsflöjt På sajten kan du få en näsflöjt. Man blåser med näsan och håller minnen över en öppning. Nu hörs en ton. Man kan ändra tonhöjden genom att flytta tungan. Tonen bildas inne i munnen, så när vi drar upp tungan, så blir vågländen liten och tonhöjden hög. Och tvärt om. En lag säger ljudfarten = tonhöjd. våglängd. Om du minskar vågländen, så måste tonhöjden bli större för att farten är konstant. Vi får en högre eller ljusare ton. 26. Vissla När du visslar så bildas tonen i munnen. Så vi ändrar tonhöjden på samma sätt som i försöket ovan. 27. Applåder Låt flickorna applådera och låt pojkarna göra samma sak efteråt. Du hör två olika toner. Flickornas ton är högre än pojkarnas, ty deras händer är mindre. De skapar en ton med kortare våglängd och då blir tonhöjden högre enligt ovan. 27. Rijkes rör Nät Gasolbrännare Ta ett ventilrör från ett byggvaruhus och tänd en gasollåga i änden. Sätt in först ett finmaskigt nät som glöder av brännaren. Då du tar röret från brännaren hörs en dov ton. Den hörs så länge nätet glöder och lite till. Luften stiger på grund av att nätet glöder. Då kommer luften i svängning och ger en ton. Jag har två rör. Det ena är dubbelt så långt. Det långa röret ger en lägre ton, ty den har längre våglängd. (ljudfarten = tonhöjd. våglängd) 29. Kväveraket Jag fyller en dl flytande kväve i en liten PETflaska och trycker på en kork hårt. Så vänder jag flaskan upp och ned i en papphållare. Flytande kväve kokar ju i petflaskan och blir vanlig kvävegas. Då höj trycket i flaskan. När trycket är tillräckligt stort, så far korken iväg. 8

9 Kvävegasen far iväg med stor fart nedåt då måste flaskan fara åt motsatt håll. Newtons tredje lag talar om kraft och motkraft. På gasen blir det en kraft nedåt då måste det bli en kraft uppåt på flaskan. 30. Tändsticksasken Som du ser på bilden så har tändsticksasken samma bild på båda sidor, så att man kan vända den utan att det märks. Om du skannar bilden, så går det sedan att klistra den på baksidan. Gör som på bilden, lyft tändsticksasken och ställ den på detta sätt. Sen kan du be en vän att göra detsamma. Fast då vänder du på asken utan att det märks. Då är det omöjligt. Förklaringen ligger i att lådan gör att tyngdpunkten ligger lägre när lådan är rätt vänd och ligger högre när lådan är vänd. x Asken är tom med tändstickor. Se på lådan ovan. Jag har satt ett kryss vid tyngdpunkten. Om lådan är felvänd och lyfts upp med fingret enligt ovan, så kanske du anar att den tippar över. Den välter. 31. Rycka bort duken Lägg en blank duk på ett bord. Duka med fyra tallrikar, fyra bestick och fyra glas. Det är en fördel om sakerna är tunga. Ryck fort undan duken. Nu skall allting stå kvar på bordet. Tallrikarna och besticken är i vila och vill vara i vila Newtons första lag. 32. Centre the Cork Lägg en korkbit i centrum av ett glas med vatten. Detta är omöjligt. Korken rör sig hela tiden till kanten. Om du fyller glaset till kanten så att det blir råge. 9

10 Då lägger sig korken i centrum. Förklaring: Korken har är lättare än vatten och korken vill därför vara så högt som möjligt. Vattnet drar sig mot jorden korken åker uppåt. A B Korkarna ligger ganska stilla i både A och B. Men A rör sig mot B. 33. Ångbildningsvärme Ta en termometer och mät rumstemperaturen. Doppa den snabbt i lite vatten och vifta med den. Temperaturen sjunker från rumstemperaturen 20 grader till cirka 16 grader. Det beror på att när vatten avdustar så krävs det värme. Värmen tas från termometern så att den kallnar. 34. Carl-Olofs ljushållare Fräst sitter ett spionglas som både reflekterar och släpper igenom ljuset. Längst bak sitter en spegel. Detta ger väldigt många spegelbilder. Årets julklapp 210 kr på alega.se 10