Έρευνα - ανακάλυψη
- Τι είναι τώρα ροή αερίων;
- Για να υπάρξει ροή αερίων πρέπει να έχουμε πίεση των αερίων. Για να γίνει περισσότερο κατανοητό στα παιδιά εφαρμόζουμε το εξής πείραμα.
Αφαιρούμε το εσωτερικό τμήμα του στυλογράφου big και βουλώνουμε με κόλλα τη πλαϊνή τρυπούλα που συνήθως υπάρχει. Στη συνέχεια βυθίζουμε το άκρο του κελύφους στη φλούδα του πορτοκαλιού έτσι ώστε να μείνει ένα κυκλικό τμήμα φλούδας σε κάθε μεριά του. Σπρώχνουμε με το καλαμάκι το ένα κομμένο τμήμα προς το εσωτερικό του κέλυφος και παρατηρούμε το άλλο τμήμα να εκτοξεύεται προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Συμπεραίνουμε ότι:
1) Όταν ο όγκος του αερίου μικραίνει, η πίεση του αυξάνεται.
2) Τα αέρια έχουν μεταβλητό όγκο.
Σ’ αυτό μπορούν να πειραματιστούν όλοι οι μαθητές έτσι ώστε να γίνει κατανοητό απ’ όλους.
Μια άλλη εφαρμογή που την έχουν πειραματιστεί όλοι οι μαθητές αλλά δεν την έχουν κατανοήσει είναι όταν πίνουν πορτοκαλάδα με το καλαμάκι. Στην πραγματικότητα ελαττώνουν την πίεση που υπάρχει μέσα στο καλαμάκι και επιτρέπουν έτσι στο βάρος της ατμόσφαιρας να πιέσει το υγρό μέσα στο καλαμάκι.
Μπορεί κάποιος μαθητής ν’ αναρωτηθεί αν μπορούμε να πιούμε πορτοκαλάδα με αυτόν τον τρόπο στη σελήνη. Και βέβαια όχι, γιατί δεν υπάρχει ατμοσφαιρική πίεση.
Στο σχολείο τώρα μπορούμε να κάνουμε το εξής πείραμα:
Βυθίζουμε δυο καλαμάκια μέσα σε ένα μπουκάλι νερού, μετά από λίγο τα βγάζουμε έχοντας στο άνω άκρο του ενός κλειστό με το δάκτυλό μας. Θα παρατηρήσουμε ότι στο ανοιχτό από τις δύο πλευρές καλαμάκι το νερό ρέει και χύνεται, ενώ στο άλλο παραμένει στο καλαμάκι.
Αυτό συμβαίνει γιατί στο πρώτο καλαμάκι το ανοιχτό, υπάρχει ατμοσφαιρική πίεση που σπρώχνει το υγρό και φεύγει, ενώ στο δεύτερο καλαμάκι το έχουμε απομονώσει από την ατμοσφαιρική πίεση γι’ αυτό συγκρατεί το νερό. Αν βγάλουμε το δάκτυλό μας απότομα, αυτόματα το νερό χύνεται κι αυτό.
Αν θέσουμε τώρα την ερώτηση:
Η ατμοσφαιρική πίεση είναι αυξημένη στην ανεμοθύελλα, στον ανεμοστρόβιλο και στον κυκλώνα; Αν απαντήσουν ναι , είναι λάθος η απάντηση.
Οι άνεμοι με μεγάλη ταχύτητα μπορούν να σηκώσουν τη στέγη του σπιτιού, αλλά η πίεση μέσα στους ανέμους είναι μικρότερη από την πίεση του ακίνητου αέρα ίδιας πυκνότητας, ο οποίος υπάρχει μέσα στο σπίτι. Αυτό το φαινόμενο φαίνεται περίεργο στα παιδιά ότι δηλαδή όταν η ταχύτητα του ρευστού αυξάνει η εσωτερική του πίεση ελαττώνεται ανάλογα. Αυτό ισχύει και στα υγρά και στα αέρια.
Για να γίνει περισσότερο κατανοητό αυτό στα παιδιά θα αναφερθούμε σε ορισμένα παραδείγματα.
Κρατάνε όλα τα παιδιά ένα φύλλο χαρτί μπροστά στο στόμα τους. Αν φυσήξουν στην πάνω επιφάνεια του χαρτιού, θα ανυψωθεί το χαρτί επειδή ο κινούμενος αέρας πιέζει την επιφάνεια με μικρότερη πίεση απ’ αυτή που ασκεί ο ακίνητος αέρας στην κάτω επιφάνεια. Η μεγαλύτερη πίεση από κάτω ωθεί το χαρτί προς τα πάνω, στην περιοχή της μικρότερης πίεσης.
Ακριβώς το ίδιο συμβαίνει και με τ’ ανεμόπτερα. Για περισσότερη κατανόηση αυτού του φαινομένου μπορούμε να θέσουμε την εξής ερώτηση: Που είναι μεγαλύτερη η πίεση του αέρα στην πάνω ή στην κάτω επιφάνεια του ανεμόπτερου;
Η απάντηση είναι ότι η μεγαλύτερη πίεση είναι από κάτω γι’ αυτό το λόγο ωθεί το ανεμόπτερο προς τα πάνω στην περιοχή της μικρότερης πίεσης.
Αυτή τη διαπίστωση την έκανε πρώτος γνωστή ο Μπερνούλι, γι’ αυτό και ονομάζεται Αρχή του Μπερνούλι. Ένα άλλο απλό πείραμα που μπορούμε να κάνουμε είναι ν’ ανοίξουμε μια μικρή τρύπα κοντά στο πάτο ενός τενεκεδένιου κουτιού. Το γεμίζουμε με νερό και βλέπουμε να τρέχει από την τρύπα. Αν σκεπάσουμε το άνοιγμα του κουτιού με την παλάμη μας, θα σταματήσει η ροή του νερού. Κι αυτό γιατί εμποδίζουμε την ατμοσφαιρική πίεση να πιέσει το υγρό
Ένα άλλο απλό πείραμα είναι να τσακίσουμε τις δύο άκρες μιας κάρτας ώστε να σχηματίσουμε μια μικρή γέφυρα. Τη στήνουμε στην άκρη του τραπεζιού και φυσάμε κάτω από το τόξο της όσο κι αν φυσήξουμε δεν θα κουνηθεί από το τραπέζι, αν όμως φυσήξουμε από το πλάι τι θα γίνει;
Θα κουνηθεί η κάρτα, γιατί παρουσιάζεται μεγαλύτερη πίεση στο πλάι απ’ ότι κάτω από το τόξο.
Σ’ αυτό το σημείο θα αναφερθούμε και στους ανεμόμυλους όπου με τον αέρα γυρίζουν κι έχουμε μετατροπή της αιολικής ενέργειας σε κινητική. Με αποτέλεσμα στα παλιά χρόνια σ’ ορισμένα χωριά όπως στο Οροπέδιο του Λασιθίου, όπου υπάρχουν ακόμη και σήμερα ανεμόμυλοι αλλά σε μικρότερη έκταση, και σ’ άλλα νησιά της Ελλάδας μας, όπου έχουμε μεγάλη ένταση των ανέμων, να χρησιμοποιούνται οι ανεμόμυλοι για να ποτίζουν τα χωράφια τους ή να αλέθουν το σιτάρι.
Ακούγοντας αυτά τα παιδιά, τους κινεί το ενδιαφέρον και θέλουν να μάθουν από τι αποτελείται ο ανεμόμυλος και πως λειτουργεί.
Κατ’ αρχήν, ο ανεμόμυλος κινείται με τη δύναμη του αέρα. Οι πρώτοι ανεμόμυλοι αποτελούνταν από ένα τροχό με μεγάλα φτερά, τη φτερωτή στερεωμένο σε ένα πύργο. Συχνά ολόκληρος ο πύργος ήταν δυνατό να στραφεί προς την πλευρά όπου φυσούσε ο άνεμος, καθώς ο άνεμος γύριζε τη φτερωτή έδινε κίνηση σε έναν άξονα που κινούσε το μηχανισμό μέσα στο μύλο. Ο μηχανισμός αυτός γύριζε τις μυλόπετρες που άλεθαν το σιτάρι ή αντλούσε νερό από πηγάδια.
Σήμερα οι άνθρωποι προσπαθούν να φτιάξουν καλύτερους ανεμόμυλους για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτοί οι μύλοι, που συχνά ονομάζονται αεροτουρμπίνες, βρίσκονται συνήθως σε πύργους φτιαγμένους από ατσάλινα δοκάρια.
Μερικοί έχουν έλικες, όπως τα αεροπλάνα, που γυρίζουν με ταχύτητα από τον άνεμο και κινούν μια γεννήτρια που παράγει ηλεκτρισμό.
Στο Ν. Ηρακλείου, ανάμεσα στα χωριά Μ. Βρύση και Άνω Μούλια έχει δημιουργεί τώρα - πρόσφατα ένα αιολικό πάρκο με τους σύγχρονους αυτούς ανεμόμυλους.
Μια εκπαιδευτική επίσκεψη και στα δύο αυτά μέρη της Κρήτης θα ήταν ότι καλύτερο για την αποδοτικότερη εμπέδωση των μαθητών.
Να γνωρίσουν από κοντά τους “παλιούς” ανεμόμυλους στο Οροπέδιο του Λασιθίου και την παραγωγή τους, καθώς επίσης και τους σύγχρονους στο Αιολικό πάρκο Μ. Βρύσης έτσι ώστε να έχουν τη δυνατότητα να τους συγκρίνουν και ν’ αποκτήσουν μια ολοκληρωμένη εικόνα. Τη μετατροπή δηλαδή της αιολικής ενέργειας σε κινητική και κατ’ επέκταση σε ηλεκτρική ενέργεια.
Στην τάξη τώρα μπορούμε να κατασκευάσουμε απλούς ανεμόμυλους. Θα χρειαστούμε ένα χαρτόνι, μια καρφίτσα, ένα ξύλινο πηχάκι. Ακολουθούμε τα εξής βήματα .