מבוא:

התופעה שאנחנו רוצים לחקור היא כדור שעף על זרם מים בתנועה סיבובית באופן מאוזן ויציב. כאשר המים פוגעים בצידו של הכדור מלמטה הכדור מסתובב והמים עפים במשיק לו כמו שציפינו, אך באופן מוזר ולא אינטואיטיבי הכדור נשאר באוויר וממשיך להסתובב כאילו הוא "דבוק" למים ומשהו מחזיק אותו שם. הכדור נמצא בשיווי משקל ואפילו כשמעבירים יד בזרם מתחתיו הוא מספיק יציב כדי לחזור לאותו מצב.

מטרות המחקר ושאלות המחקר:

מה הכוחות שהמים מפעילים על הכדור ששומרים על שיווי המשקל וגורמים לכדור לא ליפול?

1. איך מהירות הזרם משפיעה על החיכוך בין הזרם לכדור?
2. איך הספיקה בזרם משפיעה על הכוח המופעל על הכדור?

עקרונות פיזיקליים מרכזיים

זרימה טורבולנטית, זרימה למינארית, אדהזיה, ספיקה נפחית וספיקה מסתית.

ניסויים מקדימים

1. מדידת רכיב כוח קרטזי ע"י מד זווית
2. ספיקה בברז

ניסוי מרכזי

1. כוח חיכוך כתלות במהירות
2. כוח על הגליל כתלות בספיקה

מהלך המחקר

מטרת הניסוי היא לבדוק האם המהירות בה המים מחליקים על פני משטח משפיעה על הכח שהם מפעילים עליו, כאשר הספיקה קבועה.

השערה: אנו מצפים שככל שהמהירות גדלה הכח על המשטח יגדל.

כדי להפיק את תוצאות הניסוי היינו צריכים לחשב מספר פרמטרים: את מהירות היציאה של המים, את מהירות פגיעתם במשטח ולמדוד את הכוח שהם מפעילים. מדדנו את הכח באמצעות מד כוח שחיברנו למשטח, את מהירות היציאה של המים חישבנו מתוך חילוק הספיקה (שחישבנו ע"י מדידת הזמן שלוקח לטפטף למלא ליטר ואז חילקנו בזמן שזה לקח) בשטח החתך של הטפטף.

התוצאות של הניסוי הראשון:

ניתן לראות שככל שסכום ריבועי המרחקים מהממוצע קטן ה R^2 קטן ולהפך . לאחר דיונים עם המנחה הבנו שמרחק קטן מהממוצע מראה על חוסר תלות בין המשתנה התלוי לבלתי תלוי. אנחנו מסיקים שלא קיבלנו את התוצאות שציפינו אליהן כיוון שהספיקה לא הייתה קבועה והשתנתה ביחד עם המהירות.

בניסוי המרכזי השני רצינו לבדוק האם כאשר הספיקה של המים הולכת ונחלשת גם הכח שהמים מפעילים על הגוף הולך וקטן ובאיזה אופן הספיקה משפיעה על הגוף.

רצינו לבדוק זאת כדי לענות על שאלת המחקר "איך הספיקה בזרם משפיעה על הכוח המופעל על הכדור?"

ההשערה שלנו היתה שככל שגובה המים בכד ירד והספיקה נחלשת כך הכח שהמים מפעילים על הגוף יקטן. 

ממצאים:

דיון ומסקנות:

בסיכום זה אנחנו רוצים להסביר מה הצלחנו ללמוד על המזרקה למרות שלצערנו לא הצלחנו להגיע לעשות ניסוים על מזרקה.

מה למדנו מניסוי מרכזי 1- הופתענו לגלות שהמהירות לא משפיעה על הכוח כל עוד הספיקה קבועה למרות ששיערנו שהיא תשפיע. אנחנו מאמינים שבמזרקה המהירות כן משפיעה כיוון שהכדור נשאר יציב בגובה מסוים- מהירות מסוימת של המים כיוון שהמים נמצאים בתאוצה כלפי מטה. אנחנו מסיקים שהמהירות משפיע על משהו אחר ולא על החיכוך. ניתן לשאר שכאשר הכדור מסתובב מהירות המים משפיע על מהירות הסיבוב של הכדור, ולכן בכל זאת רלוונטית לתופעה שלנו. אם היה לנו זמן נוסף היינו עושים עוד ניסוי כאשר הכדור מסתובב כדי לבדוק את השפעת המהירות על הכדור כשהוא בסיבוב.

מה למדנו מניסוי מרכזי 2- מהניסוי הזה למדנו שהחיכוך בין המים לכדור הוא גורם חשוב מאוד לתופעה שחקרנו. בזכות ניסוי זה הבנו שצריך ספיקה גבוהה כדי שהמזרקה תעבוד, בגלל שכאשר הספיקה נמוכה החיכוך גובר על הכח שפועל לכיוון הברז, והכדור לא מתייצב. אנו משערים שזו הסיבה שבגללה המזרקה שבנינו לא עבדה מאוד טוב –  מכיוון שיצרנו זרימה למינארית עם הקשים, הספיקה ירדה ולכן הכדור לא התייצב למשך זמן.