Экспериментируем вместе с детьми: магия в чашке чая

Что вам нужно:

• чашка чая;
• два блюдца.

Инструкция:

Возьмите чашку и заварите в ней листовой чай (но не в пакетике). 

Давайте понаблюдаем, что происходит. При помешивании ложечкой в чашке форма поверхности воды представляет собой параболоид вращения и на дне чашки происходят различные явления. Чаинки, которые намокли, имеют бо́льшую плотность, чем вода, поэтому они не опускаются на дно.

Значит, центробежная сила действует на них бо́льше, чем на воду. 

Казалось бы, центробежная сила при вращении должна относить их подальше от центра вращения, но, вопреки этому, чаинки собираются именно в центре. 

Немного изменив эксперимент, можно изменить и его результат. Чашку с чаем поставьте на свободно вращающуюся поверхность, например, на два блюдца. 

Что происходит?

Если наполненную чашку вращать с постоянной угловой скоростью, то чаинки соберутся у стенок стакана. Почему так происходит? Что изменится в опыте с вращением чашки?

Жидкость (в данном случае вода) в силу своей вязкости прилипает к поверхности твердых тел (в нашем эксперименте – к стенкам и дну чашки). Когда чашка находится в состоянии покоя, структурные частицы жидкости, которые непосредственно соприкасаются с чашкой, тоже находятся в состоянии покоя, а элементы, соседние с ними, из-за вязкости воды тормозятся – скорость вблизи стенок плавно возрастает от нуля до скорости основного потока. 

Поэтому у стенок чашки поверхность жидкости теряет свою параболическую форму. Область, где стенки чашки замедляют движение воды и ее поверхность отклоняется от формы параболоида, относительно невелика.

Когда структурная частица жидкости приближается ко дну стакана, скорость из-за эффекта прилипания уменьшается, а разность давлений остается прежней. Центробежная сила ее не компенсирует, и поэтому структурная частица жидкости движется от большего давления к меньшему. Такое течение и увлекает за собой чаинки на дно, собирая их в центре.