FYSIKbasen.dk - Den danske database for pædagogiske undervisningsforsøg til fysiklærere
Forside Nyheder Forsøg Om siden Kontakt English
Gå en side tilbageUdskriv dette forsøgForetag ny søgning

rød pilKartesisk dykker

Forsøg nr.: 38
Formål: At demonstrere opdrift, Boyles Lov, Pascals Lov og Arkimedes' Lov.
Resume: I en plastikflaske med vand placeres en lille beholder med en luftbobbel i. Når man trykker på flasken, synker beholderen.
Nøgleord: Kræfter, ligevægt, idealgaslov, termodynamik, massefylde, opdrift, tryk, væskestatik.

Beskrivelse:

En "kartesisk dykker" er betegnelsen for en lille dykkerklokke nedsænket i en lukket vandbeholder. Inde i dykkerklokken befinder der sig en luftbobbel, som holder dykkerklokken flydende i toppen af vandbeholderen.

Når man nu trykker på ydersiden af vandbeholderen, så stiger trykket inde i vandet. Denne trykstigning får luftboblen inde i dykkerklokken til at trække sig sammen. Dermed bliver opdriften mindre, og dykkerklokken synker. Man kan endda tydeligt se, at luftboblen ændrer størrelse ganske betydeligt.

Diagram af kartesisk dykker
Diagram af kartesisk dykker.

I praksis kan man lave en kartesisk dykker med en lille engangs-pipette af plastik, som man klipper spidsen af. En møtrik skrues på enden som ballast. Dykkeren fyldes med vand (efterlad en luftbobbel!) og puttes i en 1.5 liters sodavandsflaske fyldt med vand.

Man skal nu sørge for, at afbalancere dykkeren, så den flyder i toppen. Dette gøres ved at hælde vand ud af dykkeren, indtil luftboblen er så stor, at den kan bære dykkeren. Herefter skrues låget på. Når man nu trykker på sodavandsflasken, så skulle luftboblen i dykkeren presses sammen, og dykkeren synker.

Billede af kartesisk dykker
Billede af kartesisk dykker i en 1.5 liter sodavandsflaske. Dykkerne er lavet af engangs-pipetter med en møtrik og farvet ståltråd.

Man kan nu udvide sit eksperiment, så man har to dykkere. Den ene flyder i toppen som før, men der hænger nu et stykke ståltråd ned som en krog. En anden dykker laves med en meget lille luftbobbel, så den med det samme synker ned på bunden. Denne dykker har et stykke ståltråd, der peger opad. Opgaven består nu i at trykke på flasken, så den øverste dykker synker ned og griber fat i den nederste.

Diagram af kartesisk dykker
To kartesiske dykkere med forskellig opdrift kan anvendes som et udfordrende spil.

Billede af kartesisk dykker
Billede af de to dykkere lavet af engangs-pipetter, møtrikker og ståltråd.

Man kan også lave en flaske med flere kartesiske dykkere, der hver har forskellig størrelse luftbobbel. Dermed synker dykkerne på forskellige tidspunkter, når man trykker ind på flasken.

I stedet for en engangs-pipette kan man eksperimentere med et lille reagensglas, der vender på hovedet i vandbeholderen.

Lav også forsøg med kartesiske dykkere som funktion af temperatur. Hvis vandet køles bare lidt ned, så kan det ofte få trykket i dykkerkapslen til at falde nok til, at dykkeren synker.

Tidligere har en "kartesisk dykker" også været kendt som en "kartesisk djævel". I bogen "Naturen og dens kræfter" fra 1897-98 (Det Nordiske Forlag) skrev H.O.G. Ellinger: "Ved navnet 'cartesianske djævle' betegner man små glasbeholdere, ofte formede som djævle (heraf navnet), hvilke har et hul, som oftest i halespidsen; inden i er der luft og desuden så meget vand, at de netop kan flyde oppe i overfladen af noget vand i et højt glaskar. Dette glaskar overbindes med en blære eller kautschukhinde, og trykker man nu denne lidt indad med fingrene, forplanter dette tryk sig igennem luften over vandet og igennem dette videre til luften inde i djævelen; når denne derved modtager noget mere vand, bliver den tungere og synker; ophører trykket, udvider luften i djævelen sig igen, driver vandet ud, og den går atter til vejrs."

Spørgsmål og svar:

Hvorfor bliver dykkeren liggende på bunden?

Hvis man én dag har afbalanceret dykkeren til at flyde i toppen, så kan man meget vel finde dykkeren i bunden af beholderen en anden dag. Dette skyldes formentligt ændring af vandets temperatur (evt. omgivende lufttryk), hvorved trykket har ændret sig i beholderen. Prøv at skrue låget på sodavandsflasken af og på for at udligne trykket. Virker dette ikke, så må vand og dykkeren hældes ud, og dykkeren skal afbalanceres helt forfra.

Hvorfor synker dykkeren ikke, når jeg trykker på flasken?

Du har sikkert lavet en dårlig afbalancering, hvor luftboblen i dykkeren er alt for stor. Når du trykker på flasken, så bliver boblen presset sammen, men bare ikke nok til at dykkeren synker. Kom lidt mere vand i dykkeren, så boblen formindskes. Prøv herefter igen.

Skal møtrikken lukke helt til?

Nej, møtrikken er kun med som ballast. Den skal ikke lukke helt til ind til dykkeren, da en trykændring skal kunne forplante sig ind i dykkeren.

Udstyr og materialer:

grøn pil Sodavandsflaske (1,5 eller 2 liter)
grøn pil Møtrik
grøn pil Ståltråd
grøn pil Engangs-pipette

Referencer:

grøn pilHvor stammer navnet fra?
grøn pilL.P. Orwig: "Cartesian diver 'tricks'", Am. J. Phys. 48, 320 (1980).
grøn pilR.C. Turner: "Toys in physics teaching: Cartesian Diver", Am. J. Phys. 51, 475 (1983).
grøn pilKartesisk dykker som Java applet.
grøn pilLink til forsøg i database på Montana State University.
grøn pilLink til forsøg i database på University of Maryland.
grøn pilPascals Lov.
grøn pilBoyles Lov.
grøn pilArkimedes' Lov.

PIRA DCS: 2B40.30 (Væskemekanik: Væskestatik) Hvad er PIRA DCS?

Opdateret: 17.08.2004