Die Simulation des Wirbels eines Hurrikans in einer 2-Liter-Flasche ist ein unkompliziertes und einfaches Experiment zu Hause oder im Klassenzimmer. Mit ein wenig Klebeband, einigen Hartplastikrohren und anderen preiswerten Materialien können Sie eine unterhaltsame und wiederverwendbare Wissenschaft bauen Projekt, das die Naturgesetze hinter Wirbeln, die physikalischen Phänomene, die Hurrikane charakterisieren, und Tornados.
Die Bildung eines Wirbels in einer Flasche entsteht, wenn Zentripetal- und Zentrifugalkräfte auf ein System mit unterschiedlicher Dichte, in diesem Fall der Dichtedifferenz zwischen Luft und Wasser, aufgebracht werden. In der Natur bilden sich Wirbel, wenn ein nasses Wettersystem mit trockener Luft kollidiert. In beiden Systemen treibt der Dichteunterschied die Wirbelbildung an.
Füllen Sie eine der Flaschen mit 750 ml kaltem Wasser. Das Wasser sollte ungefähr drei Viertel der Flasche füllen; mehr Wasser macht es schwieriger, den Wirbel zu erzeugen, während weniger Wasser seine Dauer verkürzt.
Drehen Sie die zweite Flasche um und stellen Sie sie auf die gefüllte Flasche. Befestigen Sie die beiden Flaschenöffnungen mit einem starken Kleber zusammen, um eine wasserdichte Versiegelung zu erhalten. Lassen Sie den Kleber aushärten.
Erzeugen Sie den Wirbel, indem Sie die Flaschen umdrehen und die obere (mit Wasser gefüllte) Flasche schnell im oder gegen den Uhrzeigersinn drehen. Diese Aktion erzeugt eine Zentripetalkraft, die auf die Mitte der Flasche gerichtet ist und das Wasser und die Luft nach außen drückt. Da Luft weniger dicht ist als Wasser, wird die Luft in die Mitte gequetscht, wodurch sich der Wirbel bildet. Die Zentrifugalkraft, die in der Newtonschen Mechanik manchmal als Trägheitskraft bezeichnet wird, bewirkt, dass die Luft im Zentrum gegen das Wasser außen drückt. Je weiter unten der Wirbel ist, desto größer wird diese Kraft, weshalb das Wasser am Flaschenboden schneller fließt als oben.
Wichtig zu beachten ist, dass beide Flaschen Substanz enthalten: Die Flasche am Boden ist mit Luft gefüllt, die natürlich das dichtere Wasser oben verdrängen will. Wenn Sie die obere Flasche nicht drehen, konkurrieren Wasser und Luft ungeschickt, um sich gegenseitig zu verdrängen (Bildung von Blasen). Das Drehen der oberen Flasche schafft einen besseren Weg für den Luftstrom, was zu einer Wirbelbildung und einem schnelleren Wasserabfluss führt.