Jak działają kołyska Newtona i armata powietrzna?

Pytanie

Pyta Paulina

Chciałabym się dowiedzieć w jaki sposób mogę wytłumaczyć 5-letniemu dziecku w jaki sposób działa kołyska Newtona oraz jak działa armata powietrzna.

Odpowiedź

Odpowiada Damian Zdulski

Kołyska Newtona to przyrząd wykorzystywany do ilustrowania zasad zachowania pędu i energii na przykładzie zderzających się kulek. Przykład jej działania wraz z przystępnym wyjaśnieniem można znaleźć tutaj. Bardziej ekstremalną wersję kołyski prezentuje natomiast ten filmik.

Powietrzna armata to urządzenie strzelające wirami powietrznymi o kształcie obarzanka. Armata składa się z walcowego kubła zakończonego z jednej strony wąskim otworem a z drugiej elastyczną membraną. Podczas uderzenia w membranę powietrze w kuble jest sprężane a następnie wypychane przez otwór. W trakcie tego ruchu zewnętrzne warstwy strumienia powietrza trą o krawędzie otworu oraz statyczne warstwy powietrza na zewnątrz. Powoduje to ich wyhamowywanie oraz zmianę ich kierunku przepływu tak, że powstają stabilne wiry powietrza, które mogą dalej się poruszać nawet przy ustaniu przepływu przez otwór. Identyczny fizyczny mechanizm jest odpowiedzialny za formowania się kółek dymnych wypuszczanych przez palaczy. W fizyce takie nierozpływające się zaburzenia ośrodka nazywane są solitonami.

W praktyce działanie armaty ilustruje ten filmik, na którym dla lepszej widoczności efektu działo najpierw wypełniono dymem. Natomiast przystępne wyjaśnienie tego efektu wersji dla dzieci przedstawiono tutaj.