מערבולת בבקבוק

בניסוי הזה נבחן איך אפשר לרוקן בקבוק בזמן הקצר ביותר, מה הקשר של זה למערבולות ומה משפיע על זרימת הנוזל דרך צוואר הבקבוק.
 

ציוד

• 2 בקבוקי משקה מפלסטיק, בגודל ובנפח זהים.
• סרט הדבקה עבה וחזק
• מים

 
מהלך הניסוי

1. מלאו את אחד הבקבוקים במים עד 2/3 מגובהו.
2. הצמידו את פיות שני הבקבוקים והדביקו אותם זה לזה על ידי ליפוף של סרט ההדבקה כמה פעמים סביב הפיות. כדי להבטיח הדבקה טובה יש לנגב לפני כן את פיות הבקבוקים משאריות של מים.
3. היפכו את הבקבוקים ועקבו אחר זרימת המים. (נסו למדוד כמה זמן עובר עד שהבקבוק העליון מתרוקן).
4. שימו לב איך המים יורדים במנות קצובות ובועות אוויר עולות בהתאם מהבקבוק התחתון לעליון.
5. חזרו על הפעולה, אך הפעם סובבו את הבקבוקים סחור סחור במצב אופקי לפני שתניחו אותם.
6. שימו לב למערבולת הנוצרת (מדדו גם הפעם את הזמן וראו את הפרשי הזמנים בין שני שלבי הניסוי).

בסרטון הבא אפשר לראות את זרימת המים כאשר מסובבים את הבקבוקים מראש וכאשר לא עושים את זה. רואים שכאשר מסובבים את הבקבוק, זרימת המים הרבה יותר מהירה: כשיוצרים מערבולת, הבקבוק העליון מתרוקן בתוך 23 שניות; כשלא יוצרים מערבולת, אפילו מחצית מכמות המים לא תספיק לזרום בזמן הזה בין הבקבוקים.

והנה גרסה של הניסוי שצולמה בזמן סגר הקורונה:

הסבר

בגלל המעבר הצר בפיות שני הבקבוקים, מים מהבקבוק העליון יכולים להיכנס לבקבוק התחתון רק אם באותו זמן יתפנה מקום בבקבוק התחתון. המים לוחצים מלמעלה ואילו האוויר מלמטה מנסה לפלס דרך כלפי מעלה ולפנות מקום למים. כשהלחץ גדול מספיק, בועת האוויר פורצת את מחסום המים ומאפשרת לכמות מדודה של מים להיכנס עד שהלחץ יירד שוב, וחוזר חלילה.

כשאנחנו מסובבים את הבקבוקים אנחנו יוצרים תנועה סיבובית של המים. התנועה הסיבובית הזו דוחקת את המים אל דפנות הבקבוק בכוח שנקרא כוח צנטריפוגלי – אותו כוח שאנו חשים בזמן הנסיעה כשמכונית פונה ימינה או שמאלה. הכוח הזה יוצר מעין "חור" במרכז המערבולת שמאפשר מעבר חופשי של אוויר כלפי מעלה, ולכן גם זרימה רציפה של המים כלפי מטה סביב דפנות המערבולת.

טיפ
בפעם הבאה שתרצו לרוקן בקבוק מתכולתו, היזכרו בניסוי הזה וחסכו זמן!