Egy üres borosüveget nyitva a mélyhűtőbe helyezünk. Körülbelül fél óra elteltével kivesszük az üveget, az asztalra állítjuk, száját kicsit bevizezzük, és egy pénzérmét helyezünk rá. Ezután az asztalon álló üveget oldalról két kézzel megfogjuk. Azt tapasztaljuk, hogy az üveg szájára helyezett pénzérme rövid időközönként jól hallható pukkanás kíséretében ugrik egyet, majd visszaesik az üvegre.
a) Magyarázza meg, miért ugrál az érme az üvegen, amikor az üveget oldalról megfogjuk! Milyen erő emeli a magasba? Miért esik vissza az érme, és miért ugrik fel megint?
A kezünk az üvegen keresztül melegíti a benne lévő levegőt, így annak növekszik a nyomása. A benti és a kinti levegő közti nyomáskülönbség időnként megemeli az érmét.
Amikor az érme felemelkedik, levegő szökik ki az üvegből így a belső nyomás lecsökken, és az érme visszahuppan az üveg szájára.
a) Annak részletes magyarázata, hogy a pénzérme miért ugrál az üvegen:
10 pont
(bontható)
A kezünk az üvegen keresztül melegíti a benne lévő levegőt (2 pont), így annak növekszik a nyomása (2 pont). A benti és a kinti levegő közti nyomáskülönbség (2 pont) időnként megemeli az érmét.
Amikor az érme felemelkedik, levegő szökik ki az üvegből (2 pont) így a belső nyomás lecsökken (2 pont), és az érme visszahuppan az üveg szájára.
b) Meddig ugrál a pénz az üvegen?
Ha az üvegben maradó levegő felmelegszik (közel) a környezet hőmérsékletére, s így az üvegben lévő levegő túlnyomása már nem elegendő az érme megemeléséhez, az ugrálás megszűnik.
b) A folyamat végének meghatározása:
2 pont
Ha az üvegben maradó levegő felmelegszik (közel) a környezet hőmérsékletére, s így az üvegben lévő levegő túlnyomása már nem elegendő az érme megemeléséhez, az ugrálás megszűnik.
c) Mi történik másképp, ha nagyobb, súlyosabb érmével zárjuk le az üveget?
Ahhoz, hogy egy nehezebb érme felemelkedjen, nagyobb nyomáskülönbség szükséges, így ebben az esetben a levegő kellő felmelegedéséhez több időre van szükség, azaz ritkábban ugrik az érme.
c) Annak elemzése, hogy milyen különbséget okoz, ha az érme nehezebb:
4 pont
(bontható)
Ahhoz, hogy egy nehezebb érme felemelkedjen, nagyobb nyomáskülönbség (2 pont) szükséges, így ebben az esetben a levegő kellő felmelegedéséhez több időre van szükség, azaz ritkábban (2 pont) ugrik az érme.
d) Mi történik, ha nem fogjuk meg az üveget oldalról, csak az asztalon áll magában?
Ebben az esetben lassabban melegszik fel a levegő, így ritkábban ugrik fel az érme.
d) Annak elemzése, hogy mi történik, ha nem fogjuk meg az üveget:
2 pont
Ebben az esetben lassabban melegszik fel a levegő, így ritkábban ugrik fel az érme.
e) Mi lehet a szerepe annak, hogy a borosüveg száját bevizeztük?
A borosüveg száján lévő kevés víz elzárja a kicsiny rést, ami az üveg pereme és a ráhelyezett pénzérme között lehet. Így a víz az üveg légmentes lezárását teszi lehetővé.
e) A borosüveg száján lévő víz szerepének meghatározása:
2 pont
A borosüveg száján lévő kevés víz elzárja a kicsiny rést, ami az üveg pereme és a ráhelyezett pénzérme között lehet. Így a víz az üveg légmentes lezárását teszi lehetővé.
Összesen: 20 pont