בניסוי הזה נבנה סביבון שמסתובב באמצעות אוויר חם שנפלט מנר. הניסוי מחייב השגחה של מבוגר!

ציוד

  • נייר אלומיניום ("נייר כסף")
  • מחוגה
  • טוש סימון על בסיס אלכוהול
  • מספריים (מומלץ להשתמש במספריים קטנים)
  • חוט תפירה
  • נר
  • צלחת
  • מצית או גפרורים

מהלך הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:

ראו גם עצות לשיפור סיבוב הסביבון בתגובות לכתבה.

הסבר

כשהנר בוער, האש פולטת לאוויר גזים חמים מאוד ומחממת גם את האוויר סביבו. גזים בטמפרטורה גבוהה צפופים פחות מגזים מטמפרטורת החדר, ולכן גזים חמים נוטים לנוע כלפי מעלה כמו מצוף קלקר שצף על פני המים. נוכל לראות את זה אם נשקיע בכוח מצוף בתחתית של בריכה ונשחרר אותו. נראה בבירור איך הוא נע ונדחף כלפי מעלה לעבר פני המים, בדיוק כמו האוויר החם שנפלט מהנר. להרחבה ראו את היישומון על חוק הציפה שגילה המדען ארכימדס.

הגזים החמים שעולים מהנר כלפי מעלה פוגעים בדפנות הספירלה (צורת ה"שבלול") שעשינו, דוחפים אותה וככה גורמים לה להסתובב. מבחינה מדעית נאמר שהגזים שעולים מהנר ומתנגשים בספירלה מעבירים אליה תנע, שגורם לה לנוע.

הסתכלו על הספירלה ונסו לראות אם אתם מצליחים להבין למה היא מסתובבת דווקא בכיוון שבו היא מסתובבת. חשבו לאיזה כיוון דוחף אותה האוויר שעולה למעלה ופוגע בדפנותיה.

כיוון הסיבוב של השבלול, כלומר אם הוא מתכנס מהדפנות למרכז העיגול כשמסובבים אותו בכיוון השעון או דווקא נגד כיוון השעון, הוא שקובע את כיוון הסיבוב של הספירלה. ציירו ספירלה הפוכה, או פשוט תהפכו ב-180 מעלות את הספירלה שבניתם, ותגלו שגם כיוון הסיבוב שלה יתהפך.

מעניין לציין

כדור פורח משתמש באותה תכונה של גזים חמים (שנוטים לנוע למעלה, לפי חוק הציפה של ארכימדס), כדי לעוף.

מומלץ לנסות גם את הניסוי "מדידת נפח אגרופים", שמשתמש בתכונות אחרות של חוק הציפה של ארכימדס. וגם בנוסף, כדאי לכם לנסות סביבון ייחודי נוסף: סביבון מים, פלפל וסבון.

הניסוי פורסם לראשונה במסגרת חוברת החוג 'מדע בהתכתבות' – ברצוני להודות למנהלת התוכנית כרמל בר שהביאה אותו לידיעתי.

https://davidson.weizmann.ac.il/digital_course
רוצים לקבל דמי חנוכה ממכון דוידסון? 10 שקלים הנחה מחכים לכם בהרשמה לאחד ממגוון הקורסים המקוונים הקצרים שלנו. רק אל תשכחו להכניס את קוד הקופון MBMGIFT2020

9 תגובות

  • אורי רביב

    שיפור

    אפשר להניח על מחט או שיפוד, להקטנת החיכוך, ללא כוח מחזיר. יש הרבה דוגמאות ברשת:
    https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Aero_...

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    תודה

    אכן שידרוג לניסוי - במצב כזה פחות חיכוך בהשוואה לחוט, סביר שיעבוד טוב יותר.

  • דרור שמאי

    לאחר שהנר כבה

    רציתי לדעת אם לאחר כיבוי הנר הסביבון מסתובב לכיוון השני בגלל חוק שלישי של ניוטון (בזמן שהנר דלוק - האוויר החם דוחף את הסביבון- לא שנכבה פועל כוח מחזיר - הסביבון דוחף את האוויר ולכן מסתובב לכיוון השני ?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    לא בדיוק

    <p>
    לאחר שהר כבה הסביבון באמת מתחיל להסתובב לכיוון ההפוך, אבל הכוח המניע שלו זה בעצם סוג-של כוח קפיץ, שנוצר עקב פיתול החוט המחזיק אותו. כלומר עם סיבוב הסביבון החוט מתפתל וכשהנר כבה ואין יותר כוח מסובב, החוט המפותל משתחרר ומסתובב בכיוון ההפוך (כמו גומי או קפיץ).</p>

  • דרור שמאי

    המשך

    תודה רבה על ההתייחסות. הבנתי.
    האם אפשר להגיד שסיבוב נגרם מכוח ברנולי - כלומר הסיבוב נגרם בגלל השוואת לחצים בתוך חלל הסביבון (לחץ נמוך אם אני לא טועה) לבין החוץ (לחץ גבוה) (מכאן ברור לי למעלה יש תזוזה אך לא ברור לי למה יש סיבוב). תודה

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    מדוע האוויר שעולה למעלה גורם לסיבוב?

    היי דרור
    כוח ברנולי אינו 'דרוש' כאן כדי לבצע תנועה סיבובית. כאמור בכתבה – האוויר החם הנפלט מהנר נע כלפי מעלה, נע בקו ישר יחסית. כאשר הוא פוגע בדפנות הסביבון, שצורתן אלכסונית, הוא דוחף אותן מעט למעלה והצידה (ככה זה כמופעל כוח מופעל בזווית לא ישרה על משטח – הוא מזיז דוחף אותו בשני מימדים). כיוון שהסביבון בנוי בצורה ספירלית, חלק אחד של הספירלה נדחף למעלה וימינה, והחלק שממולו נדחף למעלה ושמאלה. למעלה – הסביבון הכבד יחסית לעוצמת האוויר הנפלט מהנר לא יכול לנוע. אבל הדחיפה ימינה בצד אחד ושמאלה בצד שממולו גורמת לתנועה הסיבובית שלו.
    באותו אופן - כל גליל שתיקח, נגיד פחית שתייה, תאחוז בין שני ידיך, ותדחוף כל אחד מכפות הידיים לכיוון אחר, יגרמו לגליל להסתובב.
    בברכה,
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • שרי

    סביבון אש

    הכנתי את הניסוי -סביבון אש אבל יש לי בעיה! הסביבון אינו מסתובב 360 מעלות ואינו מסובב כמו סביבו ןחנוכה.
    הוא לא מספיק משכנע . ניסיתי לשים מס' נרונים על לוח עץ מתחת לסביבון האש אבל שוב לא קיבלנו רצף של סיבובים . כיצד ניתן לקבל תוצאות יותר משכנעות ?

    בברכה ותודה
    שרי לבורנטית חט"ב שפיר.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    שיפור סיבוב הסביבון

    שלום שרי
    הדברים הבאים משפרים את יכולת הסיבוב של הסביבון (לפי סדר חשיבות, ממליץ לנסות הסעיפים אחד אחד עד שזה יעבוד).
    1. להשתמש בחוט תפירה דק ככל האפשר. לחוט עבה יש התנגדות לסיבוב שמונעת מהסביבון לבצע סיבוב של 360 מעלות.
    2. להאריך את החוט, אפילו לאורך של מטר אחד או יותר אם אפשר. שוב – זה מונע התנגדות לסיבוב שמתרחשת כאשר מתחילים לסובב חוט קצר.
    3. להגדיל את הספירלה / סביבון – לקוטר של 15-20 ס"מ. כאשר הסביבון גדול יותר, זה כמו מפרש של סירה גדול יותר – הוא יכול לקלוט יותר אנרגיה של אוויר חם שעולה למעלה, ולהקל על הסיבוב. מאותה סיבה – יש להקפיד על 'זרועות' עבות של הספירלה.
    4. להגדיל את עוצמת האוויר החם – להדליק 3 נרות צמודים יחד, במקום נר אחד בודד.
    בהצלחה!
    (אשמח לשמוע אם הצליח לכם)
    אבי

  • אורי רביב

    שיפור

    אפשר להניח על מחט או שיפוד, להקטנת החיכוך, ללא כוח מחזיר. יש הרבה דוגמאות ברשת:
    https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Aero_...