Nr. 6/2003


Füüsika
Pall õhujoas

Pall vertikaalses õhujoas: peopesa mõju asendab õhujoa surve.

Küllap on nii mõnegi lugeja pilk kas Tallinna teaduskeskuses või mõnes muus huvitavas paigas peatunud kergel pallil, mis püsib kangekaelselt põrandaga kaldu suunatud õhujoas. Paraku pole kohapeal nähtusele enamasti seletust võimalik saada. Koolis aga, kus võiks keegi seletust anda, pole sama efektse katse jaoks vahendeid.

Abi on mõnikord siiski lähemal, kui arvata võiks. Juhtus nii, et koju tuli vana tolmuimeja “Tshaika” asemele uus osta. Uue masina ilmumisega kaasnes ähvardus, et kui teenekas “kajakas” kahe päeva jooksul silme alt ei kao, leiab ta koha elamise kõrval asuvas prügikastis. Nii ta koolimajja füüsikaklassi sattuski.

Pall kaldusuunatud õhujoas.

Transportimise käigus selgus, et lisaks avale, mille kaudu tolmune õhk masinasse siseneb, saab vooliku kruvida veel teisegi ava külge, mille kaudu õhk masinast väljub. Sealtkaudu väljuv õhujuga on just sobiv, et parajalt kerge palliga katse õnnestuks. Trükinumbri fotodel on õhujoa tekitajaks siiski värvimistöödel kasutatav kompressor, sest “kajaka” mootor pidas vastu veel vaid paar päeva.

Esimene tund, kus tolmuimeja käiku läks, oli 1.a klassi füüsikatund. Meil on selline traditsioon, et esimese klassi juntsude esimeseks tunniks on füüsika. 10 minutiga saab füüsikast maigu suhu küll.


Alustuseks sai küsitud, mis juhtub palliga, kui ta käest lahti lasta. Et ta maha kukub, selles valitses üksmeel. Aga miks, selles läksid arvamused lahku. Enamik arvas, et pall kukub maha seetõttu, et ta on raske. Kui selgus, et ka kerge pall suundub maa, mitte taeva poole, kostis ka selgitusi, nagu gravitatsioon, Maa tõmbab jne. Igati õiged mõtted. Vaatleme nüüd asja lähemalt.

Lugedes peopesa tasaseks pinnaks, on pall seal ükskõikses tasakaalus. Sest ükskõik, kuhu sa teda lükkad, ikka jääb ta tasakaalu. On arusaadav, et kõrvalekalle ei tohi suur olla, muidu veereb see üle käelaba maha.

Paneme nüüd tolmupuhuja või kompressori tööle ja asetame palli otse alt üles suunduva õhujoa sisse. Pall “otsib veidi aega kohta“ ja jääb joa sisse.

Lükkame pliiatsiotsaga palli veidi kõrvale. Oh imet – justkui jonnipunn tuleb ta endisele kohale tagasi. Seega on pall, mis peopesal oli ükskõikses tasakaalus, õhujoas veelgi kindlamas – püsivas tasakaalus. Mis seda põhjustab? Vastuse andis kuulsa Bernoulli teadusperekonna üks võsudest Daniel aastal 1738. Bernoulli seadus ütleb, et voolava vedeliku või gaasi poolt avaldatava dünaamilise ja staatilise rõhu summa on jääv. Dünaamiline rõhk iseloomustab jõudu, millega liikuv ollus temale ette jäävaid asju edasi lükkab. On selge, et kui seisad kiirevoolulises jões, surub voolav vesi sind tugevamini kui aeglaselt voolav vesi. Ja mida kiiremini õhujuga liigub, seda suurema jõuga lükkab ta palli. Samal ajal väheneb kiiruse suurenemisel staatiline rõhk, st surve, mida ta avaldab külgsuunas. Mida kiiremini vesi voolab, seda nõrgemini ta kallast mõjutab. Mida kiiremini õhk liigub, seda nõrgemini ta kõrvalolevaid esemeid mõjutab. Siit järeldub, et kõige suuremat külgsuunalist rõhku avaldab vedelik või gaas siis, kui ta kiirus on 0, seega paigalseisev vedelik või gaas.


Suuname nüüd õhujoa põrandaga kaldu. Pall ei kuku ka nüüd maha. Pallile mõjuvad nüüdki Maa külgetõmbejõud, üleslükkejõud ning õhujoa surve. Erinevus on vaid selles, et õhujuga tõukab palli kaldsuunas. Seetõttu jõud üksteist enam ei tasakaalusta, nende summa viib palli õhujoast välja.

Palli õhujoast väljunud alumine külg satub liikumatu õhu kätte (kui mitte päris liikumatu, siis igatahes aeglasemalt liikuva õhu sisse kui õhujoas). Vastavalt Bernoulli seadusele lükkab liikumatu (aeglaselt liikuv) õhk palli alumist külge tugevamini kui liikuv õhk palli ülemist külge. Nende kahe jõu vahe tasakaalustab kõik teised jõud ning pall püsib endiselt paigal.

MART KUURME (1948) on Tallinna Reaalkooli füüsikaõpetaja, pedagoogikamagister.




Mart Kuurme