| Nahlásit

experiment s prameny vody - jak funguje?

Ahoj. Už jste někdy viděli tento experiment?
https://www.youtube.com/watch?v=K9jRztEQ06o
Prosím, rád bych věděl, jak to funguje.
Proč pramen teče bez zátky, ale se zátkou nikoliv? V případě, kdy je na lahvi zátka se tíhová síla ruší silou zátky, viďte? Jak tuto sílu nazvat?
Ale pokud tam zátka není, síla není kompenzována, takže pramen vytéká. Proč vytéká právě směrem vodorovného vrhu? Proč nevyteče rovnou k zemi?

A druhá věc, zajímavější. Jak je to s těmi prameny? Při vodorovném pohybu ruky se spojí, při vertikálním se oddělí. Proč tomu tak je? Z hlediska těch molekul, proč se tak chovají? Chtějí zaujmout stav nejnižší energie?

Díky moc.
Témata: fyzika
Diskuze
(Upr. 08.07.2014 11:48) | Nahlásit
1) se zátkou a bez zátky

Je to dáno tím, že dojde k rovnováze a atmosferický tlak, který obklopuje láhev s vodou tlačí vodu dírkou (otvorem) dovnitř do láhve a tento atmosferický tlak je dokonce vyšší než hydrostatický tlak slupce vody v láhvi.

Pokud se zátka otevře, tlak u zátky bude vyšší a voda proudí směrem nejmenšího odporu - tedy ven z láhve.

Kdybychom plastovou láhev vyměnili za skleněnou ani by se neprojevoval vliv atmosferického tlaku (který na plastovou láhev působí a prohýbá ji).

Kdybychom tuto skleněnou nádobu prodlužovali, až by byla vysoká 10 m a více, pak bychom teprve zaznamenali, že voda z nádoby do jisté míry vyteče (ale ne všechna). To je dáno tím, že atmosferický tlak se vyrovná s hydrostatickým a výška sloupce vody, která je rovná normálnímu tlaku 101 235 Pascalů je právě cca 10m. V podstatě je to tzv. Torriceliho pokus, ale ne s rtutí ale s vodou.

Na celý pokus se dá uplatnit i rovnice hydrostatického lisu:

p1=p2 (rovnováha)

F1*S1=F2*S2

p1>p2 (ne rovnováha)
p1<p2 (ne rovnováha)

2) proč voda teče nejprve vodorovně a potom po parabole k zemi

Při výtrysku vody z otvoru má voda určitou rychlost, kdybychom byli ve vakuu a bez gravitace, paprsek vody by byl "vodorovný" až do nekonečna. Jak voda proudí, ztrácí potenciální energii (odpor prostředí a vnitřní tření v proudící vodě) a rychlost klesá až začne převažovat gravitační síla a začne se projevovat tzv. volný pád (ten platí pro všechna tělesa v gravitačním poli). Proto se jednotlivé molekuly vody podřizují rovnici volného pádu a tvoří parabolu (přesněji balistickou křivku).

3) spojování a rozdělování pramenů

zde se uplatňuje tzv. povrchové napětí vody

Povrchové napětí je síla (přesněji napětí), která drží molekuly vody u sebe, kdyby povrchové napětí neexistovalo, voda by se do prostoru rozletěla něco jako aerosol (ani by to nebylo její vypaření) prostě by molekuly vody u sebe "nedržely". Takže voda je "soudržná" vlivem povrchového napětí a je vidět jak prameny jednou spolu drží spojené a podruhé se dají i rozdělit (jsou prostě oddělené). S vodou se dají dělat i další kouzla např. fontány s laminárním prouděním dokáží vykreslovat v prostoru křivky a části oblouků křivek.
| Nahlásit
Děkuji za pěkné vysvětlení, ale pořád v tom mám trošku nejasnosti.
Když je láhev zavíčkovaná, je tedy atmosférický tlak u otvorů větší než hydrostatický tlak, proto nevyteče. Ale jak je ten tlak vyvolán? Tíhou kapaliny? Ta se přece kompenzuje víčkem, ne? Šlo by udělat podobný Torriceliho pokus i s plastovou nádobou?

Když je víčko pryč, pak vypočítám hydrostatický tlak podle klasického vzorce p_h=h*g*hustota kapaliny, ne? A tehdy je ten tlak větší než atmosférický, tudíž voda vytéká? Mohl by být i menší?
| Nahlásit
U těch pramenů mě napadla adheze a koheze. Tím to tedy není?
| Nahlásit
On to Cenobita vysvětluje nějak zmateně, a nevím zda správně.
Záleží především na tlaku nad hladinou, hydrostatickém sloupci kapaliny, velikosti a umístění otvorů. Tedy na rovnováze atmosferického tlaku a tlaku nad hladinou s ohledem na hydrostatický tlak.
Co je z toho vidět:
Neznáme tlak nad hladinou při zataženém víčku, asi mírný podtlak vůči atmosferickému, jinak by po propíchnutí vytékala voda déle. Při dělání dírek se deformuje obal dovnitř, voda vytéká, ale jen do té doby, nežli se obal vrátí do původního tvaru. To samé platí i o bublinkách, kde je opačný efekt. Nejsem si jist, zda v jednom případě vnikání vzduchu (bublinek) není způsobeno vlivem pohybu dolů. Tedy snížení hmotnosti vody "pádem" dolů.
Otvory dělá horizontálně, neb kdyby je dělal vertikálně, tak spodním bude voda vytékat, a vrchním dovnitř proudit vzduch (pokud budou od sebe dostatečně daleko). U velikosti těch otvorů a umístění na boku nádoby, záleží právě na povrchovém napětí. To zabrání současnému pohybu vody ven, a vzduchu dovnitř.
Se sycenou vodou by to nešlo. Tam se stále uvolňuje oxid uhličitý. Parciální tlak je vyšší nežli atmosferický.

Používá se to u napaječek pro pro drobná zvířata. Obrátí se sklenice s vodou na misku a úbytkem se voda v misce vniknutím vzduchové bubliny doplní.

Pokud se týká spojování proudů, tak za to může podtlak. Ve směru proudění působí tlak, kolmo k němu a v protisměru podtlak. Proud tedy strhává podtlakem okolní vzduch, a dostanou-li se dva proudy k sobě, podtlakem se přitáhnou, a potečou pak jako jeden. Na videu se vidět, že musí dát impuls (vykonat práci) aby k tomu došlo. A opačně, aby proudy oddělil.
Je to tedy jenom o proudění tekutin. Motat do toho povrchové napětí a gravitaci je nadbytečné.
Z Bernoulliho rovnice vyplývá, že tlak klesá s rostoucí rychlostí. Při velkém zúžení trubice, kde rychlost kapaliny značně vzroste, může tlak klesnout pod hodnotu atmosférického tlaku. Ve zúženém místě trubice vzniká podtlak, který se projeví tak, že kapalina do manometrické (tlakoměrné) trubice nevystoupí, ale naopak se do ní nasává vzduch. Tento jev se nazývá Hydrodynamické paradoxon.
http://cs.wikipedia.org/wiki/Hydrodynamick%C3%BD_paradox


Prostuduj si princip i trkače. http://cs.wikipedia.org/wiki/Vodn%C3%AD_trka%C4%8D
| Nahlásit
Přiznám se, že vysvětlení s povrchovým napětím se mi zdá správně, ale třeba máš pravdu ty, nejsem si jist.
"Motat do toho povrchové napětí a gravitaci je nadbytečné." To vypadá, jako by sis taky nebyl jist, když píšeš nadbytečné. Je to buď špatně nebo dobře, ne?
| Nahlásit
Jest-li že je něco nadbytečné, je to navíc, tedy to není primárním zdrojem jevu. Což ovšem neznamená že by to nemělo vliv nebo účinek. Je však až sekundární.
OK?
| Nahlásit
A jakou merou se na tom podili strhavani vzduchu a jakou povrchove napeti?
| Nahlásit
Vliv Bernoulliho rovnice tam určitě bude, s tím souhlasím, ale to že se prameny nakonec spojí drží spolu to bude víc než jen vliv tlaku vzduchu, to je vliv vnitřní soudržnosti vody daná povrchovým napětím.

Otázka byla: "Proč vytéká právě směrem vodorovného vrhu? Proč nevyteče rovnou k zemi?"
Odpověď je: "Výtok proudící vody odpovídá vodorovnému vrhu a ten je ovlivněn gravitací."
| Nahlásit
Tak si to budeš muset rozfázovat. Která síla v kterém bodě dráhy co dělá.

Cenobito, ano, část otázky tak zněla.
Já odpovídal na spojování proudů, taky jsem to napsal.
| Nahlásit
Aha, ja myslel, ze to mas rozfazovano ty, kdyz tvrdis, ze povrchove napeti ma mensi vliv. Jak jinak bys to mohl tvrdit?
| Nahlásit
Pepacum: A oč ti konkrétně jde?
| Nahlásit
Chtel bych pochopit, jak se prislo na to, ze motat do toho povrchove napeti je nadbytecne.
| Nahlásit
Pepacum: Aha. Takže nic tak životně důležitého.
| Nahlásit
Jasne ze o nic zivotne duleziteho. Jen o odpoved na puvodni otazku. Proto me zajiamalo, jestli Hogogyk ma tu svoji polemiku s Cenobitou nejak zduvodnenou nebo jen tak hada.
(Upr. 10.07.2014 11:28) | Nahlásit
Anonym Hogogyg: No ale u vodorovného vrhu se právě gravitace uplatňuje a na to se tazatel ptal, proč voda proudí z dírky na boku láhve vodorovně a ne přímo po stěně dolů. Je to vlivem hydrostatického tlaku uvnitř láhve, který se snaží vytlačit vodu dírkou ven. Voda začne proudit vodorovně a po čase začne převažovat gravitační síla a ta vytvoří (přibližnou) parabolickou křivku.

Ten hydrodynamický paradox se tam také uplatňuje, ale ten má význam hlavně v proudění v trubicích, kdy se využije jako např. zmíněný trkač a u fixírky (rozstřikovače). Voda, která proudí z dírek na boku plastové láhve proudí poměrně pomalou rychlostí a prameny vody může držet pohromadě částečně i pokles tlaku podle Bernoulliho rovnice (jak správně tvrdíš), ale největší (převažující) vliv zde má koheze (soudržnost) vody a tedy povrchové napětí (separátní prameny vody se "slepí"). Já bych to povrchové napětí nepodceňoval to je docela významná síla.
| Nahlásit
Konečně jsem to našel (viz dole obrázek):

http://cs.wikipedia.org/wiki/Povrchov%C3%A9_nap%C4%9Bt%C3%AD
Tekoucí voda - povrchové napětí umožňuje vytvořit vrstvu vodního proudu přidržující se ruky nad původní hladinou.
Tekoucí voda - povrchové napětí umožňuje vytvořit vrstvu vodního proudu přidržující se ruky nad původní hladinou.
 Anonym
Odpovídat lze i bez registrace. Dodržujte pravidla Ontoly
Vložit: Obrázek