Blåsningar och fler blåsningar

Vad händer och vad är Bernoullis princip?

Arbeta med experimenten i fysikundervisningen

Fler exempel på Bernoullis princip

Tillverkning och praktiska råd

Källor

Ordlista

Till huvudsidan

Klicka här för att se experimenten! Och här för att se några till.

Genom att blåsa och därmed sätta fart på luften kan man sänka lufttrycket. Detta är principen i flera enkla försök med oväntade resultat. Experimenten kan fungera som inspiration i NO- eller fysikundervisningen och som exempel i en diskussion om tryck.

Vad händer och vad är Bernoullis princip?

Bernoullis princip säger att trycket i en strömmande vätska eller gas sjunker när farten ökar, titta t.ex på denna applet för en illustration. I försöken blåser vi för att öka farten och därmed sänka lufttrycket.

Tumregel:

• Hög hastighet - lågt tryck
• Låg hastighet - högt tryck

Det uppstår då en tryckskillnad mellan det område där vi blåser och övriga områden där lufttrycket är normalt.

I försöken med ett pappersark och med äpplen blåser man på papprets ovansida respektive mellan äpplena så att lufttrycket sjunker. På papprets undersida och på äpplenas utsidor är lufttrycket normalt. Det blir en resulterande kraft uppåt på pappret och inåt på äpplena.

I sprayflaskan sänker man trycket ovanför sugröret i glaset genom att blåsa. Lufttrycket blir då lägre vid vätskeytan inne i sugröret än utanför, där lufttrycket är normalt. Vätska trycks då upp genom sugröret. Om vätskan når ända upp till sugrörets mynningen sprids den ut i luftströmmen. Det här är principen i äldre tiders parfymflaskor där man tryckte på en boll för att få en parfymdusch.

Blåsa fast en papperslapp: När man blåser genom trådrullen skapas ett luftflöde mellan pappret och trådrullens botten. Trycket blir lågt här och det normala (högre) lufttrycket på andra sidan pappret hindrar pappret från att falla.

Bernoullipåse: När man blåser mot påsens mynning sänks trycket inne i påsen där luften rör sig. Eftersom mynningen är öppen och trycket högre utanför påsen än i den trycks luft in genom öppningen. Påsen i filmen innehöll nästan 30 liter luft efter att vi hade blåst i den (ett andetag) och så stor lungvolym har vi inte.

Magiskt mynt: Trycket ovanför myntet sänks då man blåser. Lufttrycket i den luft som finns mellan bordet och myntet är dock normalt. Myntet trycks upp och kan sedan följa med luftströmmen in i koppen. Det här är ett populärt trick på YouTube, se t.ex. här eller här.

Pingisboll i tratt: När man blåser i tratten sänks trycket där luften strömmar snabbt, alltså under bollen och på dess sidor. På andra sidan bollen (längst från tratten) strömmar luften långsammare om alls. Tryckskillnaden trycker då bollen mot tratten.

Svävande pingisboll: När man blåser rakt upp blir det en uppåtriktad kraft (friktion mellan luften och bollen) på bollen som kompenserar dess tyngd. Utanför luftströmmen är trycket högre än inne i den; bollen trycks alltså tillbaka in i luftströmmen om den vinglar lite i sidled.

När man lutar hårfönen eller sugröret kommer bollen att hänga i luftströmmens underkant. Trycket på bollens nederkant (utanför luftströmmen) är då högre än på dess överkant (i luftströmmen) och bollen hålls därmed svävande.

En mer komplett beskrivning av krafterna som verkar på bollen finns här (PDF, 69KB).

Det finns en viss debatt runt förklaringen till vissa av försöken. Vissa hävdar t.ex. att Bernoulli inte förklarar att pingisbollen stannar kvar i tratten utan att man istället måste använda Coandaeffekten (som bl.a. innebär att strömmande gas eller vätska följer en böjd yta). Luftvirvlar som uppstår kan också bidra till vissa effekter och Bernoulli är då inte hela förklaringen.

Vi tycker att man på skolnivå (inklusive gymnasiet) inte behöver ta så hårt på detta - varken Bernoulli eller aerodynamik ingår ju i kursen. Flera av de här försöken görs i skolan redan idag som exempel på verkan av tryckskillnader och vi tycker att de är bra försök, speciellt som de ofta är ointuitiva och stimulerar diskussioner.

Arbeta med experimenten i fysikundervisningen

En del av de här försöken kan ibland vara lite kluriga att lyckas med - ge inte upp direkt utan träna några minuter så att du får en känsla för hur du ska göra.

Kunskapsmål

• Insikt om lufttryck, att det finns och kan variera.
• Beskriva fenomen med hjälp av begreppet tryck snarare än det vardagliga ordet sug.
• Förstå att tryckskillnader orsakar kraft.

Förslag på hur du kan använda experimenten

Försöken är väl lämpade för stationer där eleverna provar de olika experimenten. Rita bilder, eventuellt bara för ett par av försöken, där du visar var luftflödet är snabbare och var trycket blir lågt. Lämna några av försöken utan förklaring och låt eleverna föreslå vad som händer. Denna och till viss del även denna sida har en del förslag på hur man kan lägga upp undervisningen runt försöken.

• Som föreslås i ett par av våra källor så kan man formulera t.ex. Bernoullipåsen och pingisboll i tratt som utmaningar. Slå vad om att du kan blåsa upp påsen med ett andetag eller att ingen kan blåsa bollen ur tratten, eller någon annan variant.

• Försöket med äpplen kan varieras på flera sätt. Prova pingisbollar, ballonger med eller utan lite vatten i eller tomma läskburkar som i den här filmen (flygplan som nämns i filmen diskuteras mer längre ner på sidan). Vi tycker att försöket är mer övertygande med tunga föremål.

• Sprayflaska - använd först ett långt sugrör för att visa hur vätskenivån höjs när man blåser. Tycker du att det syns lite dåligt, använd ett ljust sugrör och kanske mörk eller färgad vätska. Klipp sedan av sugröret tills det är möjligt att åstadkomma sprayeffekten.

• Om du undervisar högstadieelever eller äldre, kan ni diskutera hur fenomenet i sprayflaskan kan användas som tryckmätare. Räkna ut hur stor trycksänkning ni kan åstadkomma genom att blåsa ovanför sugröret - läs här (PDF, 79KB) för kort härledning av hur lufttrycket i sugröret kan beräknas från vätskepelarens höjd. Principen är densamma som bakom kvicksilverbarometern.

• Mät upp volymen av den uppblåsta Bernoullipåsen och jämför med elevernas lungvolym. Ibland finns det utrustning för att mäta lungvolym på skolor, annars kan ni leta upp information på nätet. Hur många andetag behövs det för att blåsa upp påsen utan hjälp av Bernoulli?

För att experimenten ska tillföra så mycket som möjligt till elevernas begreppsbildning är det viktigt att hela tiden lyfta fram tryckskillnaderna som uppkommer i försöken och hur dessa leder till krafter på föremål.

Fler exempel på Bernoullis princip

Hustak i orkanvind: När kraftiga vindar viner över ett hustak, uppstår ett lägre lufttryck utanpå taket. Taket trycks då utåt på grund av det högre lufttrycket inne i huset och kan lossna om kraften blir tillräckligt stor. Jämför med att blåsa över ett pappersark.

Farlig fartvind: Om du cyklar och blir omkörd av en lastbil, eller om du kör bil och möter en buss eller lastbil, uppstår en särskilt hög fartvind mellan dig och det andra fordonet. Luften strömmar fort här vilket leder till ett område med lägre tryck. Du kan då känna att du trycks mot det andra fordonet.

Svårt att andas när det blåser: Alla har säkert upplevt att man kan få kippa efter andan i blåsväder. En kraftig vind utanför munnen gör att det blir lägre tryck här än i lungorna. Man kan då få en känsla av att luften trycks ut ur lungorna och att det är kämpigt att dra ett nytt andetag.

Bråck (aneurysm): Ibland blir blodkärl i kroppen något utvidgade. Det kan vara enbart missklädsamt om det gäller ett ytligt blodkärl, men livshotande om t.ex. stora kroppspulsådern drabbas. När kärlet vidgats en aning flödar blodet något långsammare här, vilket leder till ett ökat tryck enligt Bernoullis princip. Kärlet vidgas då ännu mer, och de redan försvagade kärlväggarna utsätts för ett ännu högre tryck vilket kan leda till att pulsådern brister.

Drag i skorstenen: Det blir bättre drag i skorstenen om det blåser - trycket i den strömmande luften utanför huset är lägre än inuti huset och röken dras ut av tryckskillnaden.

Flygplan: Det här är ett knivigt exempel; det finns flera beskrivningar om hur det här går till. Vi vill påpeka att den vanliga föreställningen om "equal transit time", dvs att luftmolekyler ovan och under vingen måste ta lika lång tid på sig från vingens framända till bakändan inte är korrekt- experiment i vindtunnlar visar att luften ovanför vingen strömmar fortare än så. Tänk också på att Bernoullis princip inte säger något om varför luften strömmar snabbare på vingens ovansida; utan bara att om den gör det så blir trycket lägre här.

Det finns en debatt om hurvida Bernoullis princip eller Newtons tredje lag är förklaringen till att flygplan kan lyfta. En vitt spridd åsikt är att de båda versionerna endast är olika sätt att se på samma fenomen, och således lika korrekta (läs mer här och här).

Flygplan har även diskuterats mycket i vår frågelåda, se t.ex. fråga 12891. Här diskuteras även en javapplet för att simulera flygplansvingar.

Fartygs djupgående beror på vattendjupet. Om ett fartyg med viss fart seglar in på grundare vatten eller in i en kanal, kommer det att ligga lite djupare än innan på grund av Bernoullis princip. Detaljerna finns i vår frågelåda (fråga 15790).

Tillverkning och praktiska råd

Sprayflaska

Det spelar ingen roll hur djupt ner i vätskan du sticker sugröret; däremot är det viktigt att inte låta det sticka upp för långt över ytan. Det kan då bli svårt att åstadkomma tillräckligt stor tryckskillnad för att verkligen få upp vätskan till toppen av sugröret.

Blåsa fast en papperslapp

Använd trådrullar med platt botten. Båda rullarna till höger fungerade bra när man höll änden närmast kameran mot pappret. Den röda fungerade inte lika bra när man vände på den; vi gissar att det beror på att den inte är lika platt på den här sidan (vänstra bilden ovan) och att det inte blir ett så jämnt luftflöde.

Man måste ta i ordentligt när man blåser - börja inte lite försiktigt, utan blås allt vad du kan. Det hjälper också om du håller emot på papprets baksida de första sekunderna tills du har etablerat ett bra luftflöde. Var beredd på att du får träna några gånger innan du märker hur du ska blåsa i din trådrulle för att det ska fungera. Prova även med ett lite styvare papper, t.ex. ett visitkort.

Bernoullipåse

Vi har använt påsar till speciella blöjsophinkar; påsarna finns att köpa i form av refill-kassetter.

Alega säljer ett paket med fyra avlånga påsar tillsammans med instruktioner (artikelnummer ME43), och säger att påsarna kan användas som domkraft och lyfta tunga saker. Vi har inte provat deras påsar, men principen är densamma som i vår version och paketet är inte dyrt.

Magiskt mynt

Prova med olika mynt och bordsytor - det är ganska svårt att få det här att fungera. Vi fann att 50-öringar var för lätta och fem- och tiokronor för tunga. Försök gärna även med utländska mynt, t.ex. amerikanska quarters eller dimes.

Pingisboll i tratt

Det är lättare ju smalare pip det är på tratten. Luften strömmar fortare då.

Källor

En del av försöken är "allmänt kända" och vitt spridda och där anger vi ingen källa. Andra försök har vi fått kännedom om från specifika websidor som vi listar här.

Blåsa fast papperslapp: Exploratorium snacks och experiment 4 från den här sidan.

Bernoullipåse: The Bernoulli Bag.

Magiskt mynt: experiment 3 från den här sidan.

Pingisboll i tratt: Experimentet visas här, men man använder avsågade PET-flaskor istället för trattar. Vi tyckte att det fungerade bättre med trattar.

Svävande pingisboll: Det här är ett väldigt välkänt experiment om man använder en hårtork, lövblåsare eller annat, men vi hade aldrig förr sett att man kan använda ett vanligt sugrör.

Ordlista