PL200205B1 - Przyrząd do pokazów zjawiska włoskowatości - Google Patents

Abstract

1. Przyrząd dydaktyczny do pokazów zjawiska włoskowatości, znamienny tym, że stanowi szczelnie zamknięte, dwukomorowe, przezroczyste naczynie w kształcie graniastosłupa o podstawie deltoidu (1), wykonane korzystnie z pleksiglasu lub z polistyrenu, przy czym jedna przekątna deltoidu jest znacznie dłuższa niż druga, a komory utworzone są przez przegrodę (2), przechodzącą wzdłuż dłuższej przekątnej, natomiast większa zewnętrzna ścianka każdej z komór zaopatrzona jest od wewnątrz w przylegające do niej trzy kapilary (3), (4), (5), (6), (7), (8) o przekroju półokrą głym, z których kapilary (3), (4), (6), (7) są pionowe, a kapilary (5) i (8) są pochylone pod takim samym kątem, zaś średnice wewnętrzne kapilar (4), (6), (7), (8) są jednakowe, ale mniejsze niż średnica wewnętrzna kapilar (3) i (6), ponadto w górnej ściance naczynia znajdują się dwa otwory wpustowe prowadzące do każdej z komór szczelnie zamknięte korkami (12), a wzdłuż pionowych krawędzi naczynia naniesione są skale milimetrowe (13)

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd dydaktyczny do pokazów zjawiska włoskowatości, mający zastosowanie w pracowniach fizycznych, zwłaszcza studenckich i szkolnych oraz jako zabawka edukacyjna.

Znany do tego celu przyrząd opisany jest w instrukcji V 3-11 pt. „Komplet przyrządów do zjawisk cząsteczkowych w cieczach, wydanej przez Zjednoczenie Przemysłu Pomocy Naukowych i Zaopatrzenia Szkół w 1973 r. w Łodzi i składa się z trzech rurek włoskowatych umieszczonych w korkach osadzonych w deseczce. Pokaz zjawiska włoskowatości przy użyciu tego przyrządu przeprowadza się w ten sposób, że rurki zanurza się pionowo końcami w wodzie, co powoduje podniesienie się poziomu wody w rurce, tym wyżej im mniejsza jest średnica rurki.

W tej samej instrukcji V 3-11 opisany jest również przyrząd składający się z dwóch płytek szklanych, połączonych pierścieniem gumowym, przy czym miedzy płytkami wzdłuż ich krawędzi umieszczony jest drut, w wyniku czego tworzy się klin. W celu przeprowadzenia pokazu płytki zanurza się do naczynia z wodą, tak, żeby ostrze klina było pionowe. Powoduje to wzniesienie się poziomu wody wewnątrz szklanego klina ponad poziom wody w naczyniu, przy czym wzniesienie to jest największe w pobliżu ostrza klina i maleje w miarę wzrastania odległości między płytkami.

W książce Tadeusza Dryńskiego pt. „Doświadczenia pokazowe z fizyki, wydanej przez Państwowe Wydawnictwo Naukowe w Warszawie w 1966 r. został opisany przyrząd, który składa się z dwóch kapilar o różnych średnicach wewnętrznych, mniejszych niż 1 mm, zanurzonych w równoległościennym naczyniu z wodą. W kapilarach o różnej średnicy występuje wzniesienie poziomu wody, jednocześnie stwierdza się przy tym, że wysokość wzniesienia włoskowatego cieczy jest większa w kapilarze o mniejszej średnicy wewnętrznej, co pokazuje się w projekcji przyrządu na ekran.

W tej samej książce Tadeusza Dryńskiego opisany jest przyrząd składający się z dwóch umieszczonych obok siebie rurek w kształcie litery U, przy czym jedno z ramion każdej z rurek ma znacznie większą średnicę wewnętrzną niż drugie. W jednej z rurek znajduje się woda, zaś w drugiej rtęć. Obserwując rurki stwierdza się, że poziomy badanych cieczy w ramionach o dużej średnicy wewnętrznej są takie same, natomiast w ramieniu o małej średnicy wewnętrznej, wypełnionym wodą, jej poziom jest wyższy niż w ramieniu o takiej samej małej średnicy wewnętrznej, wypełnionym rtęcią.

W wymienionej wyżej książce Tadeusza Dryńskiego opisany jest też przyrząd, stanowiący otwarte od góry pryzmatyczne naczynie o bardzo małym kącie, do którego nalana została woda i rtęć. Powierzchnia rtęci znajdującej się w dolnej części naczynia przyjmuje kształt fragmentu hiperboloidy opadającej w kierunku ostrza pryzmatu, natomiast powierzchnia wody znajdującej się w górnej części naczynia przyjmuje również kształt fragmentu hiperboloidy, lecz wznoszącej się w kierunku ostrza pryzmatu.

W podręczniku G. D. Feriera i F. J. Andersona pt. „A Demonstration Handbook for Physics, wydanym przez American Association of Physics Teachers w 1996 r. w College Park opisany jest przyrząd składający się z dwóch prostokątnych płytek szklanych, połączonych wzdłuż jednego boku i tworzących klin wstawiony pionowo do płaskiego naczynia z wodą. W przyrządzie tym obserwuje się wzniesienie wody wewnątrz klina zwiększające się w kierunku jego ostrza, przy czym powierzchnia wody przyjmuje zarys hiperboliczny.

W tym samym podręczniku G. D. Feriera i F. J. Andersona opisany jest również przyrząd, składający się z dwóch rurek w kształcie litery U o różnej średnicy wewnętrznej ramion, zawierających wodę i rtęć, podobny do opisanego w wyżej wymienionej książce Tadeusza Dryńskiego. W obu przypadkach występują identyczne zmiany poziomu badanych cieczy.

W książce Juliusza Domańskiego pt. „Domowe zadania doświadczalne z fizyki, wydanej przez Wydawnictwo Prószyński i Spółka w Warszawie w 1999 r., opisany został przyrząd, którego zasada działania polega na tym, że klin utworzony jest z dwóch płytek szklanych, między którymi znajduje się zapałka umieszczona w pobliżu ich krawędzi. Płytki na zewnątrz ściśnięte są gumką aptekarską i wstawione do talerza z wodą, która wznosi się wewnątrz klina tworząc zarys powierzchni hiperbolicznej, podobnie jak w poprzednio opisanych przyrządach.

Wszystkie znane z wymienionych w stanie techniki rozwiązania charakteryzują się tym, że ciecze używane do pokazu zjawiska włoskowatości znajdują się w układzie otwartym. Stanowi to niedogodność tych rozwiązań, ponieważ grozi rozlaniem cieczy podczas pokazów oraz powoduje ubytek cieczy w wyniku parowania. Układ otwarty cieczy stwarza szczególne niebezpieczeństwo w przypadku używania cieczy toksycznych, w tym rtęci.

PL 200 205 B1

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że przyrząd do pokazów zjawiska włoskowatości stanowi szczelnie zamknięte, dwukomorowe, przezroczyste naczynie w kształcie graniastosłupa o podstawie deltoidu, wykonane korzystnie z polimetakrylanu metylu lub z polistyrenu, przy czym jedna przekątna deltoidu jest znacznie dłuższa niż druga, a komory utworzone są przez przegrodę przechodzącą wzdłuż dłuższej przekątnej. Większa ścianka każdej z komór zaopatrzona jest od wewnątrz w przylegające do niej trzy kapilary o przekroju półokrągłym, z których dwie są pionowe, a jedna pochylona. Średnice wewnętrzne jednej pionowej i pochylonej kapilary są takie same, ale mniejsze niż średnica wewnętrzna trzeciej kapilary. W górnej ściance naczynia znajdują się dwa otwory wpustowe, prowadzące do każdej z komór, szczelnie zamknięte korkami. Wzdłuż pionowych krawędzi naczynia naniesione są skale milimetrowe.

Górna połowa jednej z większych ścianek graniastosłupa wraz z górną powierzchnią wewnętrzną kapilar i naprzeciwległą powierzchnią przegrody w komorze zawierającej ciecz zwilżającą materiał, z którego wykonany jest przyrząd, pokryta jest cienką warstwą przezroczystej lub prześwitującej substancji nie zwilżanej przez tę ciecz, korzystnie parafiny.

Jedna z komór przyrządu zawiera ciecz zwilżającą materiał, z którego wykonany jest przyrząd, korzystnie wodę, natomiast druga zawiera taką samą objętość cieczy nie zwilżającej tego materiału, korzystnie rtęci, przy czym każda ciecz wypełnia około 15% objętości komory, przez co dolne części kapilar zanurzone są w cieczach.

Zalety przyrządu według wynalazku polegają na tym, że ciecze znajdując się w szczelnie zamkniętych komorach zabezpieczone są przed rozlewaniem, parowaniem oraz możliwością skażenia środowiska przez rtęć. Umożliwiają jednoczesne wykonywanie pokazów włosowatości na przykładzie klinów o różnym kącie rozwarcia, kapilar o różnych średnicach i nachyleniu zarówno dla cieczy zwilżających jak i nie zwilżających. Dodatkową zaletą przyrządu jest jego stała gotowość do użycia i możliwość ilościowej oceny zjawiska włoskowatości dzięki skalom milimetrowym.

Przedmiot wynalazku pokazany jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przyrząd w widoku z boku ustawiony ścianką z korkami do góry, fig. 2 przedstawia widok przyrządu z góry, fig. 3 ujawnia przyrząd w widoku z boku po odwróceniu ścianką z korkami do dołu, natomiast fig. 4 i fig. 5 pokazują przyrząd usytuowany ścianką z korkami pionowo, przy czym fig. 4 ujawnia przyrząd usytuowany mniejszą ścianką ku dołowi, a fig. 5 - usytuowany tą ścianką ku górze.

Przyrząd do pokazów zjawiska włoskowatości według wynalazku stanowi szczelnie zamknięte, dwukomorowe, przezroczyste naczynie w kształcie graniastosłupa o podstawie deltoidu 1, wykonane korzystnie z polimetakrylanu metylu lub z polistyrenu, przy czym jedna przekątna deltoidu jest znacznie dłuższa niż druga, a komory utworzone są przez przegrodę 2, przechodzącą wzdłuż dłuższej przekątnej. Większa ścianka każdej z komór zaopatrzona jest od wewnątrz w przylegające do niej trzy kapilary 3, 4, 5, 6, 7, 8 o przekroju półokrągłym, z których kapilary 3, 4, 6, 7 są pionowe, a kapilary 5 i 8 są pochylone pod takim samym kątem. Średnice wewnętrzne kapilar 4, 5, 7, 8 są jednakowe, ale mniejsze niż średnica wewnętrzna kapilar 3 i 6. Górna ściana naczynia zawiera dwa otwory wpustowe prowadzące do każdej z komór i po napełnieniu naczyń cieczami szczelnie zamknięte korkami 12. Wzdłuż pionowych krawędzi naczynia naniesione są skale milimetrowe 13.

Górna połowa jednej z większych ścianek graniastosłupa wraz z górną powierzchnią wewnętrzną kapilar i naprzeciwległą górną powierzchnią przegrody w komorze zawierającej ciecz zwilżającą pokryta jest cienką warstwą przezroczystej lub prześwitującej substancji 11 nie zwilżanej przez tę ciecz, korzystnie parafiny.

Jedna z komór przyrządu zawiera ciecz 9, zwilżającą materiał, z którego wykonany jest przyrząd, korzystnie wodę, a druga komora zawiera taką samą objętość cieczy 10 nie zwilżającej tego materiału, korzystnie rtęci, przy czym każda ciecz wypełnia około 15% objętości komory, przez co dolne części kapilar są zanurzone w cieczach.

Pokazów zjawiska włoskowatości dokonuje się w ten sposób, że po ustawieniu przyrządu zgodnie z fig. 1 ciecz zwilżająca 9 wykazuje wzniesienia poziomu 14, 15 o hiperbolicznym zarysie powierzchni swobodnej w klinowatych częściach komory, przy czym wzniesienie 14 w części o mniejszym kącie rozwarcia jest większe niż wzniesienie 15 w części o większym kącie rozwarcia. Ciecz zwilżająca wykazuje meniski wklęsłe i wniesienia poziomu 16, 17 w kapilarach 3, 4, 5, przy czym wzniesienia 17 w kapilarach 4 i 5 o mniejszej średnicy wewnętrznej są takie same, ale większe niż wzniesienie 16 w kapilarze 3, o większej średnicy wewnętrznej. Z kolei ciecz nie zwilżająca 10 wykazuje obniżenia poziomu 18, 19, również o hiperbolicznym zarysie w klinowatych częściach komory, przy czym obniżenie 18 w części o mniejszym kącie rozwarcia jest większe niż obniżenie 19 w części

PL 200 205 B1 o większym kącie rozwarcia. Ciecz nie zwilżająca wykazuje meniski wypukłe i obniżenia poziomu 20, 21 w kapilarach 6, 7, 8, przy czym obniżenia 21 w kapilarach 7, 8 o mniejszej średnicy wewnętrznej są takie same, ale większe niż obniżenie 20 w kapilarze 6 o większej średnicy wewnętrznej.

Pokazy zjawiska włoskowatości wykonuje się również w ten sposób, że po ustawieniu przyrządu zgodnie z fig. 3 ciecz zwilżająca 9 wykazuje obniżenie poziomu 22 w klinowatej części komory o powierzchniach pokrytych substancją 11 zapobiegającą zwilżaniu i wniesienie poziomu 23 w pozostałej części komory, przy czym zarówno wzniesienie jak i obniżenie mają hiperboliczny zarys powierzchni swobodnej. Ciecz zwilżająca wykazuje meniski wypukłe i obniżenia poziomu 24, 25 w kapilarach 3, 4, 5, przy czym obniżenia 25 w kapilarach 4, 5 o mniejszej średnicy wewnętrznej są takie same, ale większe niż obniżenie 24 w kapilarze 3 o większej średnicy wewnętrznej. Z kolei ciecz nie zwilżająca 10 wykazuje przy tym ustawieniu przyrządu obniżenia poziomu 26, 27 w klinowatych częściach komory oraz meniski wklęsłe i obniżenia poziomu 28 i 29 w kapilarach 6, 7, 8, takie same jak po ustawieniu przyrządu zgodnie z fig. 1.

Po usytuowaniu przyrządu zgodnie z fig. 4 powierzchnie swobodne 30, 31 obu cieczy 9, 10 pozostają płaskie i utrzymują się na tej samej wysokości na całej długości obu komór. Tak samo kształtują się powierzchnie swobodne 32, 33 obu cieczy 9, 10 po usytuowaniu przyrządu zgodnie z fig. 5 z tą różnicą, że w tym przypadku znajdują się one na większej wysokości. Ponadto przy takich ustawieniach przyrządu ciecz zwilżająca 9 wykazuje w pobliżu płaskich ścianek komory niewielkie zakrzywienie powierzchni swobodnej ku górze, z wyjątkiem styku z powierzchnią pokrytą substancją nie zwilżającą. W tym miejscu ciecz nie zwilżająca wykazuje zakrzywienie powierzchni ku dołowi. Ciecz nie zwilżająca 10, w tych usytuowaniach przyrządu, wykazuje we wszystkich miejscach niewielkie zakrzywienie powierzchni swobodnej ku dołowi. Ustawienia przyrządu zgodnie z fig. 4 i 5 stanowią dodatkową ilustrację obserwowanego zjawiska i przy uważnej obserwacji mogą być uzupełniającą częścią pokazu.

Claims (3)

1. Przyrząd dydaktyczny do pokazów zjawiska włoskowatości, znamienny tym, że stanowi szczelnie zamknięte, dwukomorowe, przezroczyste naczynie w kształcie graniastosłupa o podstawie deltoidu (1), wykonane korzystnie z pleksiglasu lub z polistyrenu, przy czym jedna przekątna deltoidu jest znacznie dłuższa niż druga, a komory utworzone są przez przegrodę (2), przechodzącą wzdłuż dłuższej przekątnej, natomiast większa zewnętrzna ścianka każdej z komór zaopatrzona jest od wewnątrz w przylegające do niej trzy kapilary (3), (4), (5), (6), (7), (8) o przekroju półokrągłym, z których kapilary (3), (4), (6), (7) są pionowe, a kapilary (5) i (8) są pochylone pod takim samym kątem, zaś średnice wewnętrzne kapilar (4), (6), (7), (8) są jednakowe, ale mniejsze niż średnica wewnętrzna kapilar (3) i (6), ponadto w górnej ściance naczynia znajdują się dwa otwory wpustowe prowadzące do każdej z komór szczelnie zamknięte korkami (12), a wzdłuż pionowych krawędzi naczynia naniesione są skale milimetrowe (13).

2. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że górna połowa jednej z większych ścianek graniastosłupa wraz z górną powierzchnią wewnętrzną kapilar i naprzeciwległą górną powierzchnią przegrody w komorze zawierającej ciecz zwilżającą pokryta jest cienką warstwą przezroczystej lub prześwitującej substancji (11) nie zwilżanej przez tę ciecz, korzystnie parafiny.

3. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że jedna z komór zawiera ciecz (9) zwilżającą materiał, z którego wykonany jest przyrząd, korzystnie wodę, a druga komora zawiera taką samą objętość cieczy (10) nie zwilżającej tego materiału, korzystnie rtęci, przy czym każda ciecz wypełnia około 15% objętości komory, przez co dolne części kapilar są zanurzone w cieczach.

PL 200 205 Β1