ogl�da�em ostatnio odcinek "Time Warp" (PL - w klatce czasu) w kt�rym
robili do�wiadczenie z przepuszczaniem gor�cej pary wodnej przez
pojemnik, nast�pnie szczelnie go zamykali i z zewnatrz polewali lodowat�
wod�, co powodowa�o skroplenie pary wewnatrz, nier�wnowag� ci�nie� i
ostatecznie implozjďż˝.
Ale pytanie mam takie:
wyobra�my sobie pust� w srodku puszk� po pepsi i szczelnie zamkniet�.
gdy zanurzymy puszk� w wodzie w ca�osci, wydawa� si� bedzie �e si�a
wyporu na ni� dzia�aj�ca jest bardzo du�a.
Je�li puszka b�dzie natomiast pe�na w srodku, opadnie na dno, JEDNAK ta
si�a wyporu wci�� b�dzie na ni� dzialac, prawda? tylko zostanie
"pokonana"/zr�wnowa�ona przez ci�ar puszki z wod�, tak?
Wi�c tu absolutnie nei chodzi o r�nic� ci�nie�?
A co by si� sta�o, gdyby�my mieli trzy balony jednakowej wielko�ci:
jeden z powietrzem
jeden z helem
jeden (hipotetycznie) z pr�ni� w �rodku.
W dwoch pierwszych ci�nienie panuj�ce wewnatrz b�dzie identyczne, tak?
Wi�c unoszenie si� balonu z helem b�dzie spowodowane wy��cznie mniejszym
ci�arem helu od powietrza.
A co by si� sta�o z balonem z pr�ni� w srodku? polecia�by do gory
szybciej ni� balon z helem? Dlaczego? wtedy dzia�a�oby prawo archimedesa?
--
"Trzy pot�gi rz�dz� �wiatem: g�upota, strach i chciwo��."
>> A co by si� sta�o, gdyby�my mieli trzy balony jednakowej wielko�ci:
>> jeden z powietrzem
>> jeden z helem
>> jeden (hipotetycznie) z pr�ni� w �rodku.
>>
>> W dwoch pierwszych ci�nienie panuj�ce wewnatrz b�dzie identyczne, tak?
>> Wi�c unoszenie si� balonu z helem b�dzie spowodowane wy��cznie mniejszym
>> ci�arem helu od powietrza.
>>
>> A co by si� sta�o z balonem z pr�ni� w srodku? polecia�by do gory
>> szybciej ni� balon z helem? Dlaczego? wtedy dzia�a�oby prawo archimedesa?
Tak, polecia�by szybciej.
>>
>>
> ok, za�mi�o mnie. w ka�dym przypadku dzia�a prawo archimedesa... idiot�
> jestem. niepotrzebnie mieszam w to ci�nienie.
> Czy ono ma jakikolwiek BEZPOSREDNI wp�yw na zachowanie si� tych 3 balon�w?
>
Zastan�w si� sk�d si� bierze si�� wyporu. Tak w mikroskali. Sk�d si� bierze
p�d wynoszonego balonu itd.
> Zastan�w si� sk�d si� bierze si�� wyporu. Tak w mikroskali. Sk�d si� bierze
> p�d wynoszonego balonu itd.
No w�a�nie - sk�d.
*** DYGRESJA ***
(wiele zjawisk fizycznych jest opisanych, wida� mi�dzy nimi zale�no�ci,
ale czy zawsze wiadomo DLACZEGO jest tak jak jest? Czyli.. nie wg
scenariusza:
- Dlaczego Jasiu zaliczy� gleb� w drodze do szko�y?
- Bo droga by�a �liska.
Odpowiedz w tym stylu niczego nie wyja�nia. Chodzi o dok�adnie
zrozumienie sk�d ta �lisko�� si� bierze.
Zrozumienie "dlaczego" udziela odpowiedzi na wi�kszo�� pyta�. By poda�
inny przyk�ad:
Mamy dane r�ne zwi�zki chemiczne. Jedne ch�tnie reaguj� z substancj� X,
inne z ni� nie chc� wej�� w reakcj�. Mo�emy poprzez obserwacj� r�nych
reakcji dopatrze� si� zale�no�ci, co z czym, w jakich warunkach. Mo�emy
nawet na podstawie tych obserwacji wysnuďż˝ wniosek, czy dwie obce, nigdy
niezbadane substancje wejd� ze sob� w reakcj� (gdy b�dziemy znali ich
budow�). Wydawa� by si� mog�o, i� zrozumieli�my istot� tych zjawisk,
jednak to dalekie od prawdy. Istota ("tajemna si�a sprawcza", "ukryta
inteligencja", "projekt") pozostaje nieznana, znamy jedynie
powierzchowne efekty, jako naoczni �wiadkowie tych zjawisk. Wiemy, �e
substancja A zareaguje z substancjďż˝ B, ale nie z C, gdyďż˝ wynika to z
ich... cz�steczkowej budowy. Ale czy zale�no�� mi�dzy budow� a "ch�ci�"
reagowania jest istot� tych zjawisk? Czy nie jest to jedynie lu�na
korelacja (dla nas obserwator�w wygl�daj�ca jak powi�zanie przyczyny ze
skutkiem), kt�r� mo�emy wskaza� dzi�ki wielu obserwacjom i na podstawie
tego, powiela�, kopiowa� - "wnioskowa�" (celowo w cudzys�owie) - kolejne
skutki?
(pewnie da si� to wyja�ni� wymian� energii, jak wszystko inne).
Fizyki nie studiujďż˝, jednak chwila zastanowienia nad prostymi (pozornie)
zjawiskami wzbudzi�a moje w�tpliwo�ci.
*** Koniec dygresji ***
A je�li chodzi o odpowied� na pytanie.. powietrze jako jednorodna
mieszanina gaz�w pragnie zachowa� status quo, swoj� homogeniczno�� i
wypiera intruza na zewn�trz. Ale to makroskala.
Znowu natr�tna my�l:
Je�li mamy dwa identyczne balony, oba nape�nione w identycznym NA OKO
(tj. ten sam rozmiar) stopniu helem i powietrzem... i wznosimy siďż˝ z
nimi ku chmurom, ponad chmury.. tam gdzie powietrze juďż˝ siďż˝ rozrzedza,
ci�nienie maleje.. balony si� rozpr�aj�.., wy�a�� �y�y, oczy
przekrwione i nie ma czym oddycha�.. czy obydwa balony p�kn� w
jednakowym momencie?
Kolejna natr�tna my�l. Wyobra�my sobie balon z powietrzem. Oraz �e
chcemy go w ca�o�ci wepchn�� pod wod�. Si�a jakiej b�dziemy musieli u�y�
by to osi�gn�� b�dzie mia�a tak� sam� warto�� jak si�a, by unie�� ten
balon, kt�ry b�dzie w r�wnym stopniu na oko wype�niony wod�, tak?
Nie wiem dlaczego, ale mam wra�enie �e wepchni�cie balona pod wod�
by�oby znacznie trudniejsze, ni� uniesienie go z wod�. Ale to chyba w
wyniku bardzo nierownomiernego roz�o�enia si� w pierwszym przypadku.
Czy gdzie� tu zawar�em odpowied� o kt�r� ci chodzi�o?
Wcale nie tak niepotrzebnie - prawo archimedesa bierze sie wlasnie
z cisnien.
Tylko pamietaj ze prawo Pascala [cisnienia rozchodza sie
rownomiernie w cieczach .. i gazach] jest nie do konca prawdziwe -
nalezy jeszcze doliczyc cisnienie hydrostatyczne.
Wypor bierze sie stad, ze cisnienie zewnetrzne na dolne scianki
dziala z wieksza sila niz na gorne scianki.
A w srodku tak samo, tylko w przeciwna strone. W przypadku
wypelnienia gazem/ciecza lzejsza od otoczenia powstaje roznica i
balon lata.
Glownie dzieki dodatkowemu obciazeniu gornej czesci przez liny
nosne - w dolnej czesci cisnienie musi byc takie samo, szczegolnie
w balonie na ogrzane powietrze [otwarty od dolu].
W przypadku prozni, oczywiscie sztywnosc scianek musi zapewnic
rownowazenie obciazen.
I zazwyczaj odpowiedno sztywne scianki waza wiecej niz hel :-)
J.
P.S. stare zadanie - do stozkowego naczynia o pojemnosci 10 litrow
wlewamy tylko jeden litr wody.
Nastepnie wkladamy don pasujacy idealnie stozkowy ciezar o
masie 5kg.
Co bedzie dalej ? Ile wody wypiera ciezar ?
> Wypor bierze sie stad, ze cisnienie zewnetrzne na dolne scianki dziala z
> wieksza sila niz na gorne scianki.
Coďż˝ mi siďż˝ tu nie zgadza. Zgodnie z tym rozumowaniem, to balon
wype�niony wod� i zanurzony w wodzi, by�by z tak� sam� si�� wypierany,
jak balon nape�niony powietrzem :/
Pozdrawiam,
Paweďż˝ W.
--
"A niekt�re dzieci, jak si� obra��, to pokazuj� innym j�zyk. Ja te�
pokazujďż˝, ale ja wtedy mam racjďż˝". - Kasia, 4 lata,Newsweek Polska.
No i tak jest. Tylko ze sila wyporu wynosi np 500kG, a woda w
balonie wazy 100 ton :-)
Przy bardzo precyzyjnych wazeniach nalezy uwzglednic wypor
powietrza.
J.
> a nie jest tak?
B�d� wypierane z si�� proporcjonaln� do ci�aru wypartej przez nie wody.
> A balon wypelniony w tym samym stopniu powietrzem - jeden, a drugi
> helem, zanurzone w wodzie b�d� wypierane z jednakow� si��?
Si�a wypadkowa b�dzie mniejsza w przypadku powietrza, bo ci�sze.
Natomiast same si�y ze strony wody zale�� jedynie od obj�to�ci
zanurzonego cia�a.
ale mam problem z innym rozumowaniem - je�li zanurzymy pr�t pionowo w
wodzie, to czy woda napieraj�ca na boczne �cianki ma wp�yw na wyp�r?
Trzeba wzi�� pod uwag�to, �e w wodzie ci�nienie
gwa�townie ro�nie i powoduje spr�enie gaz�w, w efekcie
zmniejszenie obj�to�ci. To zmniejsza si�� wyporu i jest te� zale�ne
od �ci�liwo�ci r�nych gaz�w.
Ten efekt jest wykorzystywany w zabawkach. Bierzesz
jakiekolwiek w miar� elastyczne naczynie, wype�nione powietrzem
i szczelnie zamkni�te (ma�y balonik, ma�a plastikowa buteleczka).
Teraz obci��asz je (np. plastelin�) tak, by
p�ywa�o tu� pod powierzchni�, ale �eby nie ton�o.
Takie naczynie zamykasz w wi�kszym (np. w du�ej butelce po coca-coli)
i wype�niasz butl� maksymalnie wod�, szczelnie zakr�casz.
I teraz zabawa: naciskasz na butl� po koli. A ma�y 'p�ywaczek' zamkniety
w �rodku tonie. Odpuszczasz - i p�ynie z powrotem do g�ry.
Zwi�kszajac ci�nienie powodujesz zmniejszenie obj�to�ci p�ywaczka
i tym samym zmniejsza si� si�a wyporu.
Istnieje pewna g��boko��, na kt�rej jest r�wnowaga - zejdziesz ponizej
i toniesz, wejdziesz wy�ej - i ci� wypycha w g�r�. Mo�na sobie te� spr�bowa�
wyobrazi�, co si� b�dzie dzia�o z balonikiem nadmuchanym na du�ych
g��boko�ciach. np. na g��boko�ci 10 KM i obci��onym tak, by powolutku
szed� do g�ry.
Na pocz�tku b�dzie szed� powolutku, ale z czasem nabierze 'si�y' i
najprawdopodobniej
p�knie zanim dotrze do powierzchni (kto� musia�by go wcze�niej bardzo
ostro�nie
nadmucha� ;) Prawd� m�wi�c dla 'laika' wygl�da�by jak zupe�ny kape� bez
krzty
powietrza)
Zrobi�em sobie kiedy� tak� zabawk� :D p�ywak zrobi�em bodaj�e z tego
pod�u�nego przycisku w d�ugopisie kt�ry si� wciska i zaklei�em go od
spodu odpowiednia iloscia plasteliny. I wyszed� taki sp�awik. No i dzia�a�o.
Ale te� ciekawe spostrze�enie kt�re nie przysz�o mi do g�owy. Ale to
dlatego �e ja te balony z g�ry traktowa�em jako naczynia o twardych
�ciankach, kt�re nie zmieniaj� kszta�tu.
> Istnieje pewna g��boko��, na kt�rej jest r�wnowaga - zejdziesz ponizej
> i toniesz, wejdziesz wy�ej - i ci� wypycha w g�r�.
Doskonale to wida�, gdy nurkujesz z butl�. Poniewa� obj�to�� butli si� nie
zmienia, rol� gra tylko obj�to�� p�uc. Nabieraj�c powietrza zaczynasz
dryfowa� do g�ry, wypuszczaj�c - w d�. Jest to do tego proces niestabilny,
im jeste� wy�ej, tym szybciej ci� wynosi i na odwr�t. Niestety punkt
r�wnowagi jest tylko r�wnowag� chwiejn�, ale mo�na sobie pomaga� odpychaj�c
si� od wody i dzi�ki temu utrzymywa� zadan� g��boko��.
Sprawdz :-)
Moge jutro zdjecia zrobic - znalazlem dwa odpowiednie kubki
odpowiedz brzmi: prawo A powinno brzmiec: traci tyle na wadze, ile
wazylby plyn zajmujacy przestrzen zanurzonej czesci ciala
J.
nie, jednak zmieniam odpowiedz. nie zmieniam, nie wiem! no bo "WA�Y�BY"
p�yn.. wi�c wcale nie musi by� go odpowiednio du�o. ale to wtedy jako�
przeczy intuicji.
Nie tyle intucji, co temu co sie wbija do glowy w podstawowce, czy w
gimnazjum.
Wyobraz sobie pionowy cylinder zanurzony w cieczy. Cisnienie na boczne
scianki dziala poziomo i nas nie interesuje, naciski na gorna i dolna
scianke mozesz sobie policzyc - nawet nie trzeba promienia znac, zaloz
ze maja powierchnie S. I porownaj roznice naciskow z objetoscia.
A ile uzylismy cieczy ? Nie wiadomo, moglo byc tylko po milimetrze z
kadej strony, albo nawet ulamek milimetra.
Nieintuicyjne to jest cos innego - wez np pompke, cylinder z tlokiem
10cm srednicy, podlacz do tego dluga pionowa rurke srednicy powiedzmy
2 mm .. i na jaka wysokosc mozesz podniesc wode w rurce ?
A ile tej wody ? No co ty - szklanki wody na 3 pietro nie wniesiesz ?
:-)
A zamiast rurki moze byc szczelina miedzy tlokiem a scianka cylindra,
tylko tlok musi byc dlugi :-)
W ramach dalszych cwiczen .. a co bedzie jak pod ciezarem wody nie
bedzie ? np przykladamy taki gumowy hydrauliczny przetykacz do rur
[taka wielka przyssawka] do dna [plastikowego] wiadra, tylko
przykladamy, no moze minimalny docisk palcem, zalewamy woda ... i jaka
sila wyporu na niego dziala ?
Mozna uzyc szklanki, tylko potrzebna bedzie gumowa podkladka dla
uszczelnienia. Dopoki woda nie podejdzie pod przedmiot, to nie ma sily
wyporu.
Albo inne proste doswiadczenie - do szklanki lejemy wody do pelna, ale
tak po krawedz i z nadmiarem. Kladziemy na gore tekturke, pocztowka
jest dobra. Przytrzymujac tekturke odwracamy szklanke dnem do gory ..
i puszczamy tekturke. I co teraz utrzymuje tekturke i wode nad nia ?
J.
> Albo inne proste doswiadczenie - do szklanki lejemy wody do pelna, ale
> tak po krawedz i z nadmiarem. Kladziemy na gore tekturke, pocztowka
> jest dobra. Przytrzymujac tekturke odwracamy szklanke dnem do gory ..
> i puszczamy tekturke. I co teraz utrzymuje tekturke i wode nad nia ?
>
> J.
>
podci�nienie. a powietrze nie mo�e dosta� si� do szklanki przez
szczelin� miedzy pocztowk� a kraw�dzi� szklanki bo jest tam zbyt silne
napi�cie powierzchniowe.
Czyli tak naprawde cisnienie powietrza atmosfery z zewnatrz.
Ktore jest wieksze o cisnienia wewnatrz.
J.
[...]
> Mamy dane r�ne zwi�zki chemiczne. Jedne ch�tnie reaguj� z substancj� X,
> inne z ni� nie chc� wej�� w reakcj�. Mo�emy poprzez obserwacj� r�nych
> reakcji dopatrze� si� zale�no�ci, co z czym, w jakich warunkach. Mo�emy
> nawet na podstawie tych obserwacji wysnu� wniosek, czy dwie obce, nigdy
> niezbadane substancje wejd� ze sob� w reakcj� (gdy b�dziemy znali ich
> budow�). Wydawa� by si� mog�o, i� zrozumieli�my istot� tych zjawisk,
> jednak to dalekie od prawdy. Istota ("tajemna si�a sprawcza", "ukryta
> inteligencja", "projekt") pozostaje nieznana, znamy jedynie
> powierzchowne efekty, jako naoczni �wiadkowie tych zjawisk. Wiemy, �e
> substancja A zareaguje z substancj� B, ale nie z C, gdy� wynika to z
> ich... cz�steczkowej budowy. Ale czy zale�no�� mi�dzy budow� a "ch�ci�"
> reagowania jest istot� tych zjawisk? Czy nie jest to jedynie lu�na
No jest.. Oddzia�ywania �adunk�w w przestrzeni. Na tyle skomplikowany
problem, �e w zasadzie niepoliczalny - przynajmniej w analityczny spos�b.
> korelacja (dla nas obserwator�w wygl�daj�ca jak powi�zanie przyczyny ze
> skutkiem), kt�r� mo�emy wskaza� dzi�ki wielu obserwacjom i na podstawie
> tego, powiela�, kopiowa� - "wnioskowa�" (celowo w cudzys�owie) - kolejne
> skutki?
No niestety na tym polega odkrywanie czegokolwiek. Bada si� takiego czy inne
oddzia�ywania czego� z czym�, znajduje si� jak�� matematyczn� zale�no�� i
stara si� uog�lni� nie tylko dla bezpo�rednio te badane obiekty, ale te� i
na inne, dopatruj�c si� podobie�stw.
[...]
> Znowu natr�tna my�l:
> Je�li mamy dwa identyczne balony, oba nape�nione w identycznym NA OKO
a na oko to szewc umar�.. ;)
> (tj. ten sam rozmiar) stopniu helem i powietrzem... i wznosimy si� z
> nimi ku chmurom, ponad chmury.. tam gdzie powietrze ju� si� rozrzedza,
> ci�nienie maleje.. balony si� rozpr�aj�.., wy�a�� �y�y, oczy
> przekrwione i nie ma czym oddycha�.. czy obydwa balony p�kn� w
> jednakowym momencie?
Niekonicznie. Zale�y te� od grubo�ci gumy z jakiej s� wykonane i
ewentualnych niedoskona�o�ci w budowie tej gumy..