Den vægtløse vandflaske

Forsøg nr.: 112
Formål: At demonstrere effekter ved vægtløshed.
Resume: En flaske fyldes med vand, og der laves et hul i bunden af flasken. En vandstråle sprøjter ud af flasken. Hvis flasken kastes op i luften, vil flasken og vandet i praksis opleve at være vægtløse, og vandet strømmer dermed ikke ud af flasken.
Nøgleord: Astronomi, acceleration, ballistik, bevægelse, kræfter, masse, Newtons Love, tyngdekraft, relativitetsteori, tryk, væskestatik.

Beskrivelse:

Hvis man tager en plastikflaske fyldt med vand og borer et hul i bunden, vil vandet fosse ud af hullet i en veldefineret stråle. Dette skyldes, at der i bunden af vandflasken er et tryk forårsaget af vægten af al den væske, der ligger højere oppe i flasken. Trykket presser vandet ud gennem hullet.

Hvis flasken i stedet befandt sig i vægtløs tilstand, ville vægten af vandet ikke presse nedad, for der er ikke nogen kraft til at definere, hvad der er nedad. Derfor vil der heller ikke være et stort tryk i bunden af flasken, og vandet ville ikke fosse ud.

Der bores et hul i bunden af en vandflaske, således at en vandstråle strømmer ud af flasken. Når flasken kastes op i luften, bliver den vægtløs, og vandstrålen forsvinder.

Ifølge Einsteins generelle relativitetsteori kan en observatør i en kasse uden udsyn til omverdenen ikke på nogen måde kende forskel på, om han eller hun befinder sig i et frit fald i et tyngdefelt eller blot befinder sig i et område, hvor der slet ikke er nogen tyngdekraft. Med andre ord vil man få en oplevelse af at være vægtløs, når man befinder sig i et frit fald.

Einstein skrev selv i et manuskript i 1919: "For if one considers an observer in free fall, e.g. from the roof of a house, there exists for him during his fall no gravitational field---at least in his immediate vicinity.".

Derfor vil man opleve, at hvis man kaster vandflasken op i luften, så den oplever et frit fald, vil vandet holde op med at fosse ud.

Til venstre ses en vandflaske med et hul i. Vandet strømmer ud i en klar stråle. Når vandflasken til højre kastes op i luften, bliver vandet og flasken vægtløs, hvorved vandstrålen forsvinder. Billederne er venligst stillet til rådighed for Fysikbasen af overlærer Carsten Andersen fra Bellahøj Skole.

Bemærk at der ikke er nogen forskel på, om flasken blot slippes et stykke over jorden, eller om den kastes opad i en parabel. I begge tilfælde vil den være vægtløs, og vandet vil holde op med at fosse ud.

I filmen i referencerne ser man forsøget udført. Det kan være lidt svært at se resultatet tydeligt, men her er to billeder fra filmen:

To billeder fra film af vandflaske, der kastes op i luften. Se hele filmen i referencerne.

På denne måde træner man faktisk også astronauter og laver forsøg i vægtløs tilstand: Man placerer simpelthen sine forsøg inde i et stort fly, som flyver op i en stor parabel, der svarer til den parabel, en genstand i frit fald beskriver. Nogle scener i filmen "Apollo 13" blev faktisk optaget i et sådant fly.

Det her beskrevne forsøg indgik i et projekt om vægtløshed af overlærer Carsten Andersen fra Bellahøj Skole. Projektet vandt Danmarksmesterskabet i Naturvidenskabsformidling 2005, der blev afholdt på Odense Katedralskole.

Udstyr og materialer:

Sodavandsflaske (1,5 eller 2 liter)
Vand

Referencer:

Quick Time film af forsøget (833 KB).

PIRA DCS: 1L20.00 (Mekanik: Tyngdekraft)

Opdateret: 10.10.2005

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