آزمایش معلق کردن توپ در هوا

معلق ماندن یک توپ به طور ثابت در جریان نامرئی هوا صحنه ی جالبی است. در این حالت وقتی تلاش می کنید توپ را با دست هل دهید، احساس می کنید که توپ نیرویی در خلاف جهت به دست شما وارد می کند. همچنین می توانید متوجه انحراف جریان هوا توسط توپ شوید. این آزمایش نیرویی که موجب بلند شدن هواپیما از سطح زمین می شود را نشان می دهد.

وسایل مورد نیاز
سشوار ( یا جارو برقی )
کاغذ نازک (زرورق)
یک توپ تنیس رومیزی یا یک بالون کروی کوچک یا یک توپ پلاستیکی کوچک

شرح آزمایش
سشوار را روشن کرده و همانند شکل، رو به بالا نگه دارید. با دقت توپ را در جریان هوای سشوار به حال تعادل درآورید. به آرامی آن را از جریان هوا بیرون بکشید. توجه کنید وقتی فقط نیمی از توپ بیرون از جریان هواست، احساس می کنید به طرف جریان هوا کشیده می شود. توپ را رها کنید. خواهید دید که توپ به جلو و عقب نوسان می کند و سپس جایی نزدیک مرکز جریان هوا متوقف می شود.

با یک دست توپ را اندکی از جریان هوا بیرون بکشید. با دست دیگر، یک تکه کاغذ نازک را در بالای توپ نگه داشته و در مورد جریان هوا در آن نقطه تحقیق کنید. توجه کنید که توپ جریان هوا را به طرف خارج منحرف می کند. اگر به جای سشوار از جاروبرقی و به جای توپ پینگ پنگ از توپ پلاستیکی استفاده می کنید، در عمل می توانید جریان منحرف شده که به دستتان برخورد می کند را احساس کنید.

جریان هوا را کمی کج کنید و توجه کنید که توپ همچنان معلق می ماند.
توپ را در جریان هوا متعادل کرده وسشوار و توپ را به طرف یک دیوار ببرید (کنج اتاق بهتر است). افزایش ارتفاع توپ را ملاحظه کنید.

چه اتفاقی در حال وقوع است؟
وقتی توپ در جریان هوا معلق است، هوای بالارونده به زیر توپ برخورد کرده و یک ناحیه ی پر فشار در آن جا بوجود می آورد. ناحیه ی پر فشار زیر توپ از افتادن آن بر اثر کشش جاذبه ی زمین جلوگیری می کند.

وقتی توپ را اندکی از جریان هوا خارج می کنید، هوا در اطراف قوس توپ که به مرکز جریان هوا نزدیک است، جریان پیدا کرده، و به سمت بالا می رود. جریان هوای روبه بالا نیرویی به سمت داخل به توپ وارد می کند (درست مثل نیرویی که جریان هوای رو به پایین زیر یک هلیکوپتر به پره های آن وارد می کند). این توضیح براساس قانون عمل و عکس العمل نیوتون می باشد.

طریقه ی دیگر توجیه این رویداد آن است که وقتی هوا قوسی را پیرامون توپ طی می کند، باعث می شود فشار هوا کم شده و فشار هوای جو ساکن در طرف دیگر توپ، آن را به طرف جریان هوا هل دهد.

مطالب مرتبط:
توپ تعادلی
معلق کردن توپ در هوا
جریان اغتشاش اطراف سازه های بزرگ

منبع: رشد
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تنظیم: نسرین صادقی