Бумажные спирали и теплый воздух

Приступа ЕгорХСШ № 75

Задача:“Змейсы-пиявсы”.Фигура в виде спирали вырезается из бумаги, размещается над нагревателем, причем так, что центральная ее часть (голова змейки) укрепляется на острие, а хвост свисает. При определенной разности температур между головой и хвостом “змейка” начинает вращаться. Исследуйте и опишите, как зависит угловая скорость вращения змейки от разности температур ? Какой максимальной угловой скорости реально добиться?

Цель работы:Исследовать как зависит угловая скорость вращения змейки от разности температур и какой максимальной угловой скорости можно добиться

Вид теплообмена обусловленный переносом вещества – потоками газа или жидкости ,- называют конвекцией

Природная конвекция возникает в поле силы тяжести при неравномерном нагревании веществ (жидкостей или газов)-перемешивание веществ происходит в следствии разницы температуры отдельных мест среды и вызванного ею расхождения значений плотностей.Явление конвекции можно объяснить при помощи закона Архимеда и явления теплового расширения тел.

Угловая скорость - векторная величина: характеризующая вращательное движение твердого тела и направленная по оси вращения согласно правилу правого винта. Отношение угла поворота к соответствующему времени измеряет угловую скорость вращения.  

ω = 2πn

где: ω - угловая скорость в 1/секунду, n – число оборотов в секунду, N – число оборотов минуту.

Если Т – период вращения (время, за которое тело совершает полный оборот), то формула ω = 2πn принимает вид:

Формулы, выражающие угловую скорость вращения:

Наша установка

Теплый воздух легче холодного, так как у него меньше плотность.

Следовательно, он стремится вверх и вступает в контакт с поверхностью спирали. На нижний участок сила

воздействия больше, чем на верхние, так как «по дороге» воздух успевает остыть. Из-за разницы приложенных

сил на разные участки предмета начинается вращение.

Получается, что из-за изменения физических свойств воздуха

(увеличение температуры) система перешла в состояние видимого

движения.

1)t1=25°Ct2=27°C∆t=27-25=2°CT=t/Nt=10cN=10 об.T=10/10=1w=2П/T=6,28/1=6,28

об./сек.

2) t1=25°Ct2=30°C∆t=30-25=5°CT=t/Nt=10cN=15 об.T=10/15=0,67w=2П/T=6,28/0,67=9,37

об./сек.

Наши расчеты:

Итог:Теплый воздух стремится вверх и вступает в контакт с поверхностью спирали. Таким образом спираль крутится.

Угловая скорость вращения змейки зависит от разности температур . Чем выше температура, тем быстрее вращается спираль и угловая скорость растет . При постоянной температуре вращение прекращается.

Спасибо за внимание!