Webbläsaren som du använder stöds inte av denna webbplats. Alla versioner av Internet Explorer stöds inte längre, av oss eller Microsoft (läs mer här: * https://www.microsoft.com/en-us/microsoft-365/windows/end-of-ie-support).

Var god och använd en modern webbläsare för att ta del av denna webbplats, som t.ex. nyaste versioner av Edge, Chrome, Firefox eller Safari osv.

Tromben i vattenflaskan

Flicka håller i två ihopkopplade petflaskor. Foto.

Årskurs: 7-9, Gymnasiet
Ämnesområde: Kraft och rörelse

När man låter vatten rinna mellan två ihopkopplade petflaskor, bildas en trattformad virvel i vattnet.

Material

  • Två stora petflaskor.
  • En koppling att sätta ihop flaskorna med. Färdiga kopplingar finns att köpa hos exempelvis museishoppar eller återförsäljare av lärmaterial. Man kan också göra sin egen koppling med hjälp av en gummipackning och lite eltejp.
  • En flaska karamell-/hushållsfärg (inte nödvändigt).

Tillverka

(5 minuter med färdig koppling, 15 minuter med hemmagjord)

Fyll en av petflaskorna till tvåtredje delar med vatten. För extra effekt tillsätt ett par droppar hushållsfärg. Fäst ihop flaskorna med kopplingen men skruva inte ihop dem alltför hårt. Eller tejpa ihop flaskorna med packningen emellan.

Bilden visar hur två petflaskor kopplas samman. Illustration.

Experimentet

Ställ flaskorna  på ett bord med den fyllda flaskan överst (du får nog hålla i dem). Notera hur vattnet droppar ner i den undre flaskan samtidigt som luftbubblor poppar upp i den övre. Vattnet rinner ganska sakta.

Rotera nu flaskorna några gånger så att en virvel bildas i vattnet. Titta noga på virvelns form och på hur vattnet strömmar ner i den undre flaskan.

Vad händer?

Så länge vattnet inte roterar skapar den så kallade ytspänningen något som liknar en tunn hinna på vattnet i det lilla hålet mellan flaskorna. Om det är mycket vatten i den övre flaskan brister hinnan och vattnet rinner ner i den undre.

När vatten kommer ner i den undre flaskan stiger trycket i denna tills en luftbubbla trycks upp i den övre flaskan.

När man sätter fart på vattnet i den övre flaskan bildas en virvel och vattnet rinner lätt ner. Vattnet har, när det roterar, ett rörelsemängdsmoment (se faktaruta). 

Tromb ute till havs. Foto.

Tyngdkraften drar vattnet neråt/inåt och eftersom rörelsemängdsmomentet är i princip konstant, ökar rotationshastigheten inåt i virveln. Vattnets hastighet ökar alltså när det närmar sig kopplingen.

Mitt i virveln bildas ett hål som gör att luft från den undre flaskan enkelt tar sig upp i den övre. På så sätt blir det lätt och smidigt att tömma den övre flaskan i den undre.

Virvlar uppstår på många ställen i naturen. Exempel på virvlar är tromber, strömvirvlar, vädersystem och galaxer.

Fakta/Rörelsemängdsmomentet

Rörelsemängdsmomentet (L) är produkten av tröghetsmomentet (I) och rotationshastigheten (ω). Alltså L = I·ω

Tröghetsmomentet är den egenskap som beskriver hur lätt ett föremål har för att rotera. Varje kropp har sitt tröghetsmoment - beroende på föremålets massa och på hur denna massa är fördelad. Endast för homogena, regelbundna kroppar är det relativt enkelt att beräkna.

Tröghetsmomentet hänger alltså ihop med rotationshastigheten och denna storhet är bevarad om inga yttre krafter påverkar rotationen. Därav följer att rotationshastigheten måste öka när tröghetsmomentet minskar - och tvärtom.

(Materialet ingår i Science Snacks och är översatt av NRCF med tillstånd av The Exploratorium, San Francisco. Besök deras hemsida för mer inspiration, ny flik)

2023-02-17