VODOVODNÝ KOHÚTIK                                                                  ÚVOD

 

 

Fyzikálne deje:  Mechanický pohyb

                           Skrutky

Didaktické použitie (ročník, tématický celok, téma):

1. ročník SŠ ; MECHANIKA; Kinematika; (Mechanický pohyb)

História a princíp činnosti:

Ak ste sa niekedy pokúšali zastaviť prstom prúd vody, ktorý vyteká z kohútika, zistili ste, akú veľkú silu si to vyžaduje. Pomocou kohútika to však ide veľmi ľahko. Ten totiž využíva silu skrutky, vďaka ktorej vládze zatlačiť tesnenie aj proti prúdu a vodu zastaviť. Zatiahnutý kohútik a s ním aj tesnenie sa neuvoľní vďaka treniu. Vďaka veľkej stúpavosti závitu netreba kohútikom pri otváraní a zatváraní otáčať príliš dlho [5].

                                                                  

 

Motivačné otázky:

Prečo sa prúd vody vytekajúci z vodovodného kohútika postupne zužuje?

Ako sa zvyšuje postupne rýchlosť prúdu, stačí podľa rovnice kontinuity k prietoku kvapaliny menšia plocha prierezu.

(prúdenie kvapalín a plynov)

Ústie vodovodného kohútika býva zakryté kovovou sieťkou. Hovorí sa, že táto sieťka „zmäkčuje“ vodu. Čím je to spôsobené?

Sieťka zmenšuje plochu prierezu, ktorým voda preteká a zvyšuje tým rýchlosť prúdenia. Pod sieťkou tak dochádza v silnom turbulentnom prúdení ku vzniku bubliniek vzduchu vo vode. Pocit „mäkkej“ vody je teda spôsobený množstvom týchto bubliniek.

Kovová sieťka má ale ešte jeden efekt. Podobne ako tkanina stanu zabraňuje po uzatvorení prívodu vody jej vytekaniu z kohútika.

(Vlastnosti kvapalín)

Akým spôsobom si regulujeme vhodnú teplotu vytekajúcej vody?

Po jednotlivom uvolnení vodovodných kohútikov tečie studená voda s teplotou približne 12oC a teplá s teplotou asi 60oC. Veľmi jednoducho teda môžeme získať vodu s dvomi rozdielnymi teplotami. Ak potrebujeme vodu s teplotou vyššou ako je teplota studenej vody alebo nižšou ako je teplota teplej vody, musíme regulovať množstvo studenej a teplej vody vytekajúcej súčasne. Pri nastavení výslednej teploty vody môžeme postupovať na základe kalorimetrickej rovnice. Pri vzájomnou zmiešaní určitého množstva studenej a teplej vody nastáva tepelná výmena až kým sa teploty nevyrovnajú. Výslednú teplotu vody môžeme stanoviť výpočtom.

Prečo sa pri dlhšie trvajúcom prúde studenej vody orosí vodovodné potrubie?

Počas dlhšieho nevypúšťania studenej vody sa teplota vody a potrubia ustáli na izbovej teplote. Pri prechode studenej vody potrubím dochádza k postupnému ochladzovaniu potrubia na teplotu prúdiacej studenej vody. Ak je za daných podmienok teplota studenej prúdiacej vody nižšia ako teplota rosného bodu, po jej prekročení sa na povrchu potrubia začne kondenzovať vodná para z okolitého vzduchu v miestnosti.

Prúd kvapaliny , ktorá vyteká z vodovodného kohútika sa postupne zužuje . Viete prečo ?

Rýchlosť častíc narastá úmerne ich pádu. Potom podľa rovnice spojitosti (predpokladáme, že objemový tok vody sa nemení ) sa priečny prierez prúdu postupne zmenšuje.  (Pri páde z veľkých výšok sa vodné prúdy natoľko stenčujú, že sa rozptýlia na oddelené drobné kvapky ; napríklad vysoké vodopády sa dolu menia na oblak vodného prachu).

 

Pokusy:

Prečo teplý vodovodný kohútik kvapká častejšie?

Pomôcky:  2 papierové alebo umelohmotné poháriky, špendlíky, 2 malé poháre na pitie (priesvitné), voda, kocky ľadu

Postup: Do stredu dna oboch umelohmotných pohárikov urobte pomocou špendlíka malú dierku. Snažte sa, aby dierka bola rovnaká v oboch pohároch. Oba poháre položte na sklené poháre na pitie. Jeden pohár naplňte do polovice studenou vodou a pridajte pár kociek ľadu, aby ste vodu poriadne ochladili. Druhý pohár naplňte do polovice horúcou vodou. Pozorujte, ako kvapká voda z umelohmotných pohárov do pohárov na pitie. Čo sa deje?

Ak sa vám podarilo vytvoriť rovnako veľké dierky do pohárov zistíte, že z pohára s horúcou vodou kvapká voda rýchlejšie ako z pohára so studenou vodou. Ak sa vám podarilo dostatočne ochladiť vodu v pohári, pravdepodobne nebude kvapkať vôbec. Ako by ste si vysvetlili pozorovaný jav? Čím sa odlišuje teplá voda od studenej okrem teploty? Myslíte si, že voda nejakým spôsobom upravuje pohár podľa svojej teploty? Kvapká voda z akýchkoľvek dierok alebo musia mať určitú veľkosť? Ak by si dal do pohára inú látku, napríklad alpu alebo olej, kvapkala by? Závisí kvapkanie kvapaliny z nádoby od určitých vlastností látok? Ak nie, pokúste sa vysvetliť svoje tvrdenie. Ak áno, pokúste sa opísať tie vlastnosti ovplyvňujúce to, či bude kvapalina kvapkať alebo nie z dierky určitej veľkosti. Prečo voda netečie? Prečo kvapká? Ako sa vytvárajú kvapky?

 Teplá voda kvapká aj cez otvory, cez ktoré studená nekvapká. Čím je voda teplejšia, tým je tekutejšia (má nižšie povrchové napätie). Tekutosť (veľkosť povrchového napätie kvapaliny) je možné merať rýchlosťou kvapkania cez malé otvory.

Molekuly v horúcej vode sa pohybujú oveľa rýchlejšie ako v studenej, preto sa môžu oveľa ľahšie od seba vzďaľovať a znovu sa k sebe približovať. Čím je voda horúcejšia, tým je pohyb rýchlejší. Zrýchleným pohybom častíc v teplej vode sa znižuje povrchové napätie vody, ktoré do určitej miery dokáže zabrániť prieniku vody cez drobné otvory. Znížením povrchového napätia sa voda stáva akoby tekutejšou, dokáže preniknúť aj cez menšie otvory. Každá kvapalina sa vyznačuje určitým povrchovým napätím, ktoré je možné relatívne merať práve rýchlosťou odkvapkávania kvapiek z určitého otvoru, pričom meradlom je principiálne veľkosť (hmotnosť) kvapky. Vychádzame pritom z priamej úmery hmotnosti kvapky pri odkvapnutí a povrchového napätia kvapaliny. Povrchové napätie kvapalín sa odvíja od vnútornej štruktúry kvapaliny. Dôležitým činiteľom sú medzimolekulové interakcie, ale aj veľkosť a symetria častíc kvapaliny. Látky s nízkym povrchovým napätím sa vyznačujú napr. slabými medzimolekulovými interakciami [23].

(Povrchové napätie, vlastnosti kvapalín)