Stara płyta CD, zakrętka od butelki i zwykły balon — i masz poduszkowiec, który śmiga po stole jak po lodzie. Sekret jest prosty: cienka warstwa powietrza pod spodem eliminuje prawie całe tarcie. Ten sam pomysł napędza pojazdy ratownicze unoszące się nad wodą i lądem jednocześnie.

Co nam będzie potrzebne?

  • stara płyta CD lub DVD (porysowana — nie szkoda jej)
  • zakrętka od butelki plastikowej (nakrętka flip-top od szamponu lub płynu do mycia naczyń działa najlepiej — ma otwór, który można zamknąć i otworzyć)
  • balon (okrągły, o średnicy ok. 25 cm po napompowaniu)
  • klej na gorąco lub taśma klejąca dwustronna
  • ewentualnie wiertło lub rozgrzana szpilka (jeśli nakrętka nie ma otworu)

Jak wykonać doświadczenie?

Krok 1: Przygotowanie nakrętki. Potrzebujesz nakrętki, przez którą powietrze może swobodnie przepływać. Nakrętka flip-top od szamponu jest idealna — w pozycji otwartej ma duży otwór, w zamkniętej jest szczelna. Jeśli masz zwykłą zakrętkę bez otworu, rozgrzaną szpilką lub wiertłem zrób w niej kilka otworów (ok. 4–6 mm łącznie). Alternatywnie: możesz użyć kawałka rurki (np. od długopisu) wklejonej w środkowy otwór płyty.

Krok 2: Mocowanie nakrętki do płyty. Klej na gorąco nałóż wokół środkowego otworu płyty CD od strony etykiety i przykryj nakrętką — otwór nakrętki musi być wyrównany z otworem płyty. Dociskaj przez 30–60 sekund, aż klej stwardnieje. Jeśli używasz taśmy dwustronnej, upewnij się, że jest szczelna wokół całego obwodu nakrętki — nieszczelność oznacza, że powietrze będzie uciekać bokiem zamiast pod płytę.

Krok 3: Napełnienie balonu. Nadmuchaj balon do średniej wielkości — zbyt mały szybko się skończy, zbyt duży może być ciężki. Zaciśnij wylot palcami (nie zawiązuj), a następnie naciągnij go na nakrętkę, trzymając ją zamkniętą. Upewnij się, że balon siedzi szczelnie na nakrętce.

Krok 4: Start. Postaw hovercraft na gładkim, równym stole lub podłodze (drewno, panele, szkło — im gładsza powierzchnia, tym lepiej). Otwórz nakrętkę flip-top lub zdejmij palce z uszczelnionego wylotu. Delikatnie popchnij płytę — ślizga się niemal bez oporu. Jedno napełnienie balonu wystarczy zwykle na 30–90 sekund ślizgania, zależnie od wielkości balonu i rozmiarów otworu.

Wyjaśnienie naukowe

Tarcie między dwoma powierzchniami zależy od rodzaju materiału i siły, z jaką powierzchnie się stykają. Płyta CD leżąca na stole trze o blat całą swoją dolną powierzchnią — to duże tarcie, płyta się nie ślizga. Ale gdy powietrze wypływa przez środkowy otwór, rozpycha się promieniście we wszystkich kierunkach między płytą a stołem i unosi płytę na mikroskopijną poduszkę powietrzną — grubości ułamka milimetra.

W tej poduszce powietrznej tarcie suche (ciało stałe–ciało stałe) zastępuje tarcie wiskotyczne (ciało stałe–gaz). Powietrze jest tysiące razy mniej lepkie niż woda i miliardy razy mniej oporne niż tarcie suche — dlatego płyta ślizga się jak po lodzie. Masa płyty jest podtrzymywana przez nadciśnienie pod spodem, dokładnie tak samo jak samolot jest utrzymywany przez nadciśnienie pod skrzydłem.

Prawdziwy poduszkowiec (ang. hovercraft) działa identycznie w skali: mocny wentylator wtłacza powietrze pod płaski kadłub, elastyczna “spódnica” zatrzymuje poduszkę i utrzymuje ciśnienie. Pojazd unosi się kilkanaście centymetrów nad powierzchnią — zarówno wodą, jak i lądem. Silniki napędowe (śmigła lub odrzut powietrza) popychają go do przodu z prędkościami sięgającymi 100–150 km/h. Poduszkowce ratownicze i wojskowe mogą ważyć setki ton i pokonywać płycizny, plaże i bagna, gdzie nie dojadą łodzie ani pojazdy kołowe.

Ten sam balon w balonie-rakiecie zamienia sprężone powietrze na ciąg — tu zamienia je na poduszkę. Dwa różne zastosowania tej samej zasady: powietrze pod ciśnieniem wykonuje pracę mechaniczną.

Dlaczego balon się opróżnia tak szybko? Ciśnienie w balonie jest wyższe niż atmosferyczne — guma napięta ściska powietrze wewnątrz. To nadciśnienie popycha powietrze przez otwór nakrętki i pod płytę. Im mniejszy otwór, tym wolniejszy przepływ i dłuższy czas ślizgania, ale też słabsza poduszka i mniejsza nośność. Im większy otwór — silniejsza poduszka, szybsze opróżnianie. To kompromis typowy dla wszystkich układów pneumatycznych.

Warianty

Wyścig hovercraftów. Zrób dwa hovercrafty z różnymi nakrętkami (różne rozmiary otworów) i napełnij balony tak samo. Który ślizga się dłużej? Który jedzie szybciej, gdy go popchniesz? Mniejszy otwór = dłuższe działanie, ale słabsza poduszka; większy otwór = krótszy czas, ale mocniejszy start.

Pomiar tarcia. Połóż płytę CD na ukośnej desce bez powietrza — zmierz kąt, przy którym zaczyna się zsuwać (kąt tarcia statycznego). Teraz napełnij balon, włącz poduszkę i zmierz znowu. Różnica katów jest miarą redukcji tarcia przez poduszkę powietrzną.

Powierzchnia a prędkość. Sprawdź hovercraft na różnych powierzchniach: gładkie szkło, lakierowane drewno, szorstki karton, dywan. Na których ślizga się dłużej? Tarcie wiskotyczne zależy od chropowatości — na bardzo chropowatej powierzchni powietrze ucieka bokami i poduszka nie utrzymuje się tak dobrze.

Większy hovercraft. Zamiast CD użyj dużego plastikowego talerza lub kawałka gładkiej pianki EVA. Naklejona duża nakrętka i balon nadmuchany mocniej — czy większa platforma ślizga się lepiej czy gorzej? Większa powierzchnia potrzebuje więcej powietrza do utrzymania poduszki, ale też ma więcej “tarcia” do pokonania na krawędziach.

Często zadawane pytania

Dlaczego musi być nakrętka flip-top, a nie zwykła dziurkowana? Nakrętka flip-top pozwala zapiąć balon przy zamkniętym otworze, a potem jednym ruchem otworzyć go tuż przed puszczeniem. Bez tego musisz jednocześnie naciągać balon, zacisnąć go palcami i ustawiać hovercraft — trudne do zrobienia bez przypadkowego wpuszczenia powietrza. Zwykła dziurkowana nakrętka działa, tylko wymaga zwinności: naciągasz balon, trzymasz wylot zaciśnięty, ustawiasz płytę i dopiero puszczasz. Oba sposoby działają — flip-top jest po prostu wygodniejszy.

Dlaczego na dywanie prawie nie śmiga? Dywan ma nieregularną, wypukłą strukturę włókien. Powietrze uciekające spod płyty napotyka na setki małych “przeszkód” i nie tworzy równomiernej poduszki — wylatuje bokami, zamiast unosić płytę. Na krótkim i gęstym dywanie hovercraft może w ogóle nie działać. To ten sam powód, dla którego prawdziwe poduszkowce nie jeżdżą po gęstej trawie ani po wysokich falach — poduszka traci szczelność.

Czy można zrobić hovercraft, który unosi człowieka? Tak — to standardowy projekt inżynierski w szkołach technicznych. Platforma z dykty (ok. 1,2 m × 1,2 m), spódnica z folii polietylenowej, dmuchawa od odkurzacza jako źródło powietrza i jeden człowiek siedzący na środku. Pełnowymiarowy domowy hovercraft uniesie osobę dorosłą przy silniku o mocy ok. 1 kW. Instrukcje są dostępne w wielu podręcznikach do inżynierii dla hobbystów — to legalny, bezpieczny projekt na weekend.