Løft en bowlingkugle med lufttryk

Forsøg nr.: 108
Formål: At demonstrere den atmosfæriske lufts tryk og kræfter.
Resume: En tung bowlingkugle placeres i et rør, der er åbent for neden. Luften over bowlingkuglen suges ud med en støvsuger, og bowlingkuglen løftes op på grund af det atmosfæriske tryk, der stadig er til stede under kuglen. Forsøget kan også udføres med en tragt, man blot suger luften hårdt ud af.
Nøgleord: Kræfter, tryk, væskestatik.

Beskrivelse:

Den kraft, atmosfærisk luft kan påvirke en genstand med, er ganske stor og for mange faktisk overraskende stor. Det kan for eksempel demonstreres med dette forsøg, hvor en bowlingkugle løftes alene ved hjælp af lufttryk.

En bowlingkugle løftes ved at pumpe området over kuglen tom for luft. I stedet for en vacuumpumpe kan man bruge en støvsuger. Røret skal have en indre diameter, så det slutter stort set tæt om kuglen, uden at kuglen kommer til at sidde fast i røret.

Et stor plastikrør med samme indre diameter som en bowlingkugle lukkes i den ene ende, dog således at man kan tilkoble en støvsuger. Alternativt kan man anvende en vacuumpumpe.

Røret placeres oven på bowlingkuglen og støvsugeren startes. Når luften pumpes væk fra området over bowlingkuglen, vil trykket her være mindre, og dermed vil der være en opadrettet kraft forårsaget af det ekstra lufttryk, der befinder sig under bowlingkuglen. Resultatet er, at bowlingkuglen lige så stille bevæger sig op i toppen af røret.

En bowlingkugle løftes op af det atmosfæriske tryk, der er under kuglen. Trykket over kuglen er blevet reduceret af en støvsuger. Billedet er taget ved Korean Science Festival i Daejeon, Sydkorea, i august 2005. Forsøget er opstillet af Koreas Fysiske Selskab.

Det er vigtigt, at røret slutter helt tæt om kuglen, men kuglens skal selvfølgelig heller ikke sidde fast i røret. Man kan desuden bore lidt små huller nederst i røret, så luft kan trænge ind og ud i takt med, at bowlingkuglen løftes op og ned.

Tyngdekraften på en 16 punds bowlingkugler er 71 Newton, og tværsnitsarealet er 374 kvadratcentimeter. Hvis man antager, at trykket over bowlingkuglen er 0,9 atmosfære (en trykforskel på 0,1 atmosfære), vil luften samlet yde en opadrettet kraft på 379 Newton, altså mere end rigeligt til at løfte kuglen.

I stedet for at placere bowlingkuglen i et rør, kan man nøjes med at løfte den blot ved at tilslutte en støvsuger eller en vacuumpumpe til en stor tragt, som holdes ned over bowlingkuglen. Kuglen suges hurtigt fast, og man kan nu løfte tragten uden at kuglen falder ud. Dette kræver selvfølgelig, at bowlingkuglen er helt glat, så den straks slutter tæt til tragten.

En bowlingkugle løftes af en tragt, der er tilsluttet en vacuumpumpe.

I virkeligheden er den nødvendige trykforskel så lille, at den skabes blot ved at man suger kraftigt i slangen! Her gøres det med en 10 pund kugle:

En bowlingkugle løftes med en tragt, der er tilsluttes en slange, hvori der laves undertryk ved at suge hårdt.

Udstyr og materialer:

Plastikrør med pumpestuds
Bowlingkugler
Støvsuger

Referencer:

Windows Media Video af forsøget udført på Fysiklærerdagen på Aarhus Universitet den 27. januar 2006 (1,52 MB).

PIRA DCS: 2B30.00 (Væskemekanik: Væskestatik)

Opdateret: 02.02.2006

Har du kommentarer, rettelser eller tilføjelser til dette forsøg, så send en til FYSIKBASEN.DK.