Het wordt hinderlijk gemakkelijk om een ​​shampoofles om te gooien als deze bijna leeg is. Dit is een gemakkelijk waar te nemen en nieuwsgierigheid opwekkend fenomeen dat, volgens Lehigh University natuurkunde professor Jerome Licini, geeft inzicht in het zwaartepunt en de impact.

"De fysica daarvan is behoorlijk interessant en gemakkelijk te begrijpen, " zegt Licini die, samen met eerstejaars natuurkunde major Allen Zijun Yuan, schreef een paper over het fenomeen dat onlangs werd gepubliceerd in De natuurkundeleraar . In de krant, ze vinden het zwaartepunt van een shampoofles, bespreek de stabiliteit op een gekanteld oppervlak, en demonstreren de gevoeligheid voor schokken met behulp van een eenvoudig experiment met een tennisbal en een gradenboog.

Ze schrijven:"Een object dat op een gekanteld oppervlak wordt geplaatst en wordt losgelaten, zal omvallen als de horizontale positie van het zwaartepunt buiten de geometrische omtrek van de basis van het object ligt. Dit betekent dat een object met een laag zwaartepunt stabiel voor grotere hellingshoeken. Studenten zijn vaak verrast om te zien dat de hoogte van het zwaartepunt van een shampoofles een niet-lineaire functie is van de fractie die door de inhoud wordt ingenomen. Dit kan, echter, duidelijk worden gezien door te erkennen dat voor een plastic fles, de massa van de vloeibare inhoud is meestal veel groter dan de massa van de fles. Wanneer de fles ofwel helemaal vol of helemaal leeg is, het zwaartepunt moet zich ongeveer in het geometrische middelpunt van de fles bevinden, maar het zwaartepunt wordt aanzienlijk lager in hoogte voor kleine vloeistofniveaus tussen die twee uitersten."

Yuan ontwikkelde een demonstratie om het effect van impact te laten zien en, het blijkt, nog extremer dan alleen vanuit een hoek kijken.

Een vijf minuten durende video van deze demonstratie kan hieronder worden bekeken. Het experiment waarbij een tennisbal wordt gebruikt, gradenboog en shampooflessen met verschillende mate van volheid om de effecten van impact te laten zien, begint om 2:40.

Zoals Licini in de video uitlegt, een volle fles shampoo gebruiken:"Dus, wat we hier hebben is een tennisbal gemonteerd op een touwtje dat naar verschillende hoeken kan terugtrekken. Je zet hier een gradenboog om die lanceerhoek te meten. En kijk wat er gebeurt als het deze shampoofles beïnvloedt. Dus, je kunt zien dat voor een hoek van tien graden, niks gebeurt. Voor een hoek van 15 graden, de fles is nog steeds stabiel. Er is een hoek van ongeveer 23 graden nodig om deze fles voldoende rotatie-energie of impulsmoment te geven, om het zwaartepunt boven het stabiliteitspunt te brengen, en omvallen [de fles]."

Het experiment uitvoeren met een shampoofles die 30 procent vol is, Licini zegt:"Als we onze fles met het laagste zwaartepunt voor ongeveer 30 procent hebben gevuld, nogmaals, het is nog steeds redelijk stabiel. Bij vijf graden, het stuitert geen probleem. Bij tien graden, er is impact, maar toch schommelt het en keert dan terug naar stabiliteit. Dat komt omdat het zwaartepunt laag is. Er is een hoek van ongeveer dertien graden voor nodig om die fles eindelijk om te gooien."

Vervolgens, Tenslotte, met behulp van de lege shampoofles, Licini legt uit:"Maar de lege fles is veel vervelender dan dat alles. Omdat de massa zo licht is, dat betekent dat het een grote respons op impact zal hebben. En, omdat het zwaartepunt zo hoog is [boven de basis], het zal gemakkelijk omvallen. Dus, in dit geval, er is maar een hoek van ongeveer drie graden nodig om die fles om te gooien. Dus, veel minder stabiel dan alle andere configuraties."

"We hebben een demonstratie gemaakt om inslagen te produceren met een slingerbob, " schrijven de auteurs. "Een tennisbal met een massa van 57,7 g die de fles raakt op een hoogte van 13,7 cm bleek een goede match te zijn van mechanische impedantie en percussiecentrum. Er was een touwtje aan de tennisbal vastgemaakt, zodat het middelpunt in een boog met een straal van 37 cm zou lopen, en er werd een gradenboog gemonteerd om de loslaathoek van de slinger te bepalen, waarbij 0° het trefpunt aangeeft wanneer de draad verticaal was ... De lanceerhoeken die nodig waren om de fles door de impact te laten kantelen, konden worden bepaald tot ± 0,5° en waren ongeveer 20,5° voor een volle fles, 12,0° voor het maximale stabiliteitsniveau, en slechts 3,0° voor de volledig lege fles. De initiële potentiële energie van de tennisbal onder deze hoeken wordt gegeven door mg [1 - cos(θ)] en levert overeenkomstige waarden op van 13,2 mJ, 4,6 mJ, en 0,3 mJ, ter illustratie van de drastische afname van de energie die nodig is om de lege fles te kantelen."