چرا باید آب از یک لیوان آب وارونه به پایین بیفتد؟

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami رهام حسامی

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1852

سپاس: 3351

جنسیت:

تماس:

چرا باید آب از یک لیوان آب وارونه به پایین بیفتد؟

پست توسط rohamjpl »

فرض کنید من یک لیوان آب وارونه دارم که به نحوی به شکل زیر آورده ام (بدون هوای بین لیوان و آب). در حال حاضر آب به وضوح سقوط خواهد کرد اما سوال من این است که چرا دقیقا؟
نیروهای وارد بر ستون آب $\rho Vg$ به دلیل گرانش به سمت پایین، $P_aA$ به دلیل جو به سمت بالا و $F_g$ به دلیل شیشه به سمت پایین است. اگر $P_aA>\rho Vg$که با کاهش V به راحتی به دست می آید)$F_g$ می تواند به سادگی برابر با $P_aA-\rho Vg$ باشد و آب در حالت تعادل باشد و دلیلی برای سقوط نخواهد داشت.
در حالت تعادل است. فشار در بالا و طرفین لازم نیست 0 باشد، اما به اندازه وزن سیال از فشار روی پایین کمتر خواهد بود. بنابراین نیروی خالص و گشتاور خالص روی سیال صفر است و تمایلی به شتاب یا چرخش وجود ندارد. این در واقع به این معنی است که سیال در این پیکربندی در حالت تعادل است.تصویر
دو نوع تعادل وجود دارد: پایدار و ناپایدار. اگرچه این پیکربندی یک تعادل است، اما یک تعادل ناپایدار است. به طور خاص، این پیکربندی در معرض ناپایداری Rayleigh-Taylor است
اساساً اگر قطعه کوچکی از آب پایین بیاید و با حجم مساوی از هوا که به سمت بالا می رود جایگزین شود، انرژی پتانسیل سیستم کاهش می یابد. این بدان معناست که سیستم تمایلی به بازگشت به پیکربندی اولیه نخواهد داشت. بنابراین هرگونه انحراف از حالت تعادل کامل بدون توجه به اینکه در ابتدا چقدر کوچک باشد، به صورت تصاعدی رشد خواهد کرد.
از آنجایی که همیشه مقداری انحراف کوچک وجود دارد، سیال همانطور که از تجربه معمول انتظار می رود تغییر شکل می دهد، شکل می گیرد و سقوط می کند.
کشش سطحی در واقع می تواند انحرافات بسیار کوچک را در برخی از رابط های سیال تثبیت کند.در واقع، تنها نیروهای نامتعادل جاذبه، انسجام خود آب با خود (که تا حدی به صورت کشش سطحی ظاهر می شود)، چسبندگی آب به سطح شیشه، و سفتی ساختاری خود آب هستند.
متأسفانه آن مورد آخر تقریباً وجود ندارد، زیرا آب مایع است. تغییر شکل داده و تحت نیروی گرانش فرو می ریزد و در نتیجه از شیشه می افتد.
اگر پارامترها را کمی تغییر دهید و با یخ زدن آن استحکام ساختاری آب را تا حد زیادی افزایش دهید، افت نمی کند. سپس مبارزه بین چسبندگی آب به شیشه و جاذبه است که مبارزه متعادل تری است.اگر از لیوان بسیار باریک استفاده کنید، آب نمی افتد. از این اصل در مکیدن آب با پیپت استفاده می شود. بنابراین بسته به عرض لیوان، آب آن پایین می آید یا داخل آن می ماند. اگر A لیوان شما خیلی کوچک بود، داخل آن می ماند. در این حالت، کشش سطحی آب آن را درون خود نگه می‌دارد، زیرا قوی‌تر از نیروی گرانش است که سعی در پایین کشیدن آن دارد. جالب است که ببینیم اگر هلیوم مایع یک لوله کوچک به سمت بالا حرکت کند چه اتفاقی می‌افتد. هلیوم در بالا جمع می شد. hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth
semester of aerospace engineering
smile072 smile072 رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضاتصویر
تصویر

ارسال پست