حفظ ارتفاع اب در مخزن

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: 100 مایلی شمال لندن جاده آیلستون، لستر، لسترشر. LE2

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 3268

سپاس: 5491

جنسیت:

تماس:

حفظ ارتفاع اب در مخزن

پست توسط rohamavation »

چگونه می توان سطح آب را در ظرفی که مایع را از مخزنی که یک خروجی دارد دریافت می کند حفظ کرد؟من می خواهم مخزنی ایجاد کنم که آب را در خود نگه داره تنها یک لوله خروجی به مخزن وجود دارد که به یک ظرف منتهی می شود. می خواهم آب مخزن از آن خارج شود و به طور طبیعی داخل ظرف برود و تا رسیدن به حد معینی متوقف شود. هیچ پمپ یا شیری نباید استفاده شود. هنگامی که آب از ظرف خارج می شود، آب از مخزن دوباره آن را پر می کند.
من برای دستیابی به این هدف، چهار مجموعه مختلف را امتحان کردم و تنها یکی کارآمد بود. من دوست دارم بفهمم چرا آنها شکست خوردند. من درک خود را برای هر مورد ارائه خواهم کرد. اساس این آزمایش، تغذیه کننده های آب پرندگان بود که آب را تا حد معینی امکان پذیر می کرد. تصویر
آبخوری پرنده
(لطفاً به یاد داشته باشید که ظرف زرد فقط یک خروجی از لوله دارد و با مهر و موم لاستیکی بسته می شود.)
برای اولین آزمایشم از یک ظرف مکعبی استفاده کردم اما به جای سوراخ آن با یک لوله پی وی سی که به یک ظرف منتهی می شود جایگزین شد. وقتی آزمایش را انجام دادم ظرف درست بالای لوله پر شد و متوقف شد. یک نمودار:
تصویر
(با رنگ زرد مخزن، رنگ مشکی پی وی سی، سبز ظرف و آبی آب است.)
توضیح من برای این کار این است: وقتی دستگاه راه اندازی می شود، آب شروع به ریختن از مخزن و داخل ظرف می کند و هوا وارد همان لوله می شود تا فضای باقی مانده آب را پر کند. این اتفاق می افتد تا زمانی که آب به بالای لوله برسد و از ورود آب به داخل مخزن جلوگیری می کند و در نتیجه جریان آب متوقف می شود. (اگر اشتباه می کنم تصحیح کنید)
برای آزمایش دوم، من به سادگی مخزن را 90 درجه چرخاندم و یک اتصال دهنده زانویی به ظرف قرار دادم.
تصویر
با این حال، آب هرگز متوقف نشد، پس از عبور از بالای لوله و سرریز شدن، به جریان افتاد. توضیح اصلی من برای این است که این یک مورد از کشتی های ارتباطی است. فقط یکی از کشتی ها به اندازه کافی بلند نیست، بنابراین آب در هر دو ظرف به یک سطح نمی رسد. با این حال، ظروف ارتباطی هر دو در برابر فشار اتمسفر باز هستند، در حالی که در این مورد یکی از آنها باز نیست، بنابراین نمی توانم بفهمم که چرا همچنان جریان دارد زیرا دهانه به وضوح با آب پوشیده شده بود و جایی برای ورود هوا وجود نداشت و در عین حال آب هنوز هم ریخته می شد. توضیحی برای این موضوع بدهم.
حالا برای سومین آزمایش من:
تصویر
مخزن مستقیماً روی ظرف نگه داشت و لوله به مقداری از آب چسبیده بود. آب ریخت و از ظرف سرریز شد. این انتظار نمی رفت زیرا وقتی کاری مشابه با بطری آب یا فنجان شیشه ای انجام می دهید، آب بدون افتادن در داخل ظرف باقی می ماند. به خاطر لوله است؟ آیا مساحت خروجی عاملی است؟ من فکر می کنم که این یک گسترش بدنه مخزن است و تاثیری ندارد، اما هنوز هم دارد. توضیحی برای.
بالاخره چهارمین و آخرین آزمایش من.
تصویر
همانطور که می بینید مخزن 90 درجه چرخیده است و خروجی آن به داخل ظرف جمع آوری می شود. اینجا هم آب سرریز شد. حتی پس از اینکه آب سوراخ خروجی را به طور کامل پوشاند، باز هم جریان داشت. متوجه شدم که اگر زانو را در خروجی به سمت بالا بچرخانید، جریان آب متوقف می‌شود و در لوله باقی می‌ماند، من معتقدم که این مورد مشابه آزمایش 1 است، فقط ظرف جمع‌آوری به زانویی در لوله تبدیل شده است. چیزی که من را نگران می کند این است که چگونه ممکن است هوا از آب عبور کند و به داخل ظرف در حالی که به سمت پایین است؟
اگر این پست خیلی طولانی بود عذرخواهی می‌کنم، اما واقعاً به اطلاعات بیشتری در مورد اینها و اینکه چرا اینطوری شد نیاز دارم. اگر بتوان نام پدیده فیزیکی را در اختیارم گذاشت که اجازه می دهد آزمایش 1 کار کند، بسیار سپاسگزار خواهم بود
باید توجه داشته باشید که وقتی دو ظرف آب توسط یک لوله به هم متصل می شوند و اگر آن ظرف ها هوابند نباشند، آب بین آنها جریان می یابد تا سطح آب برابر شود. بدیهی است که ظرف برای تغذیه پرندگان در جو باز است.
حال اگر مخزن هوابند نباشد (شاید سوراخ یا بریدگی در جایی وجود داشته باشد که از طریق آن هوا مستقیماً از محیطی به مخزن دیگر وارد شود) در این صورت لزوم یکسان سازی سطح آب نتایج آزمایشات #2، #3 و # را توضیح می دهد. 4. همچنین می تواند نتایج آزمایش شماره 1 را توضیح دهد اگر آب در مخزن در ابتدا به اندازه کافی عمیق نبود که باعث سرریز شدن از ظرف شود، زمانی که سطح آب یکسان شد.
اما بگویید که بسیار مراقب بوده اید تا مطمئن شوید که سوراخ یا بریدگی روی مخزن وجود ندارد که بتواند مستقیماً هوا را از محیطی به مخزن دیگر وارد کند. در این مورد، آنچه مشاهده کردید هنوز هم می تواند اتفاق بیفتد، و ممکن است به صورت کیفی به این صورت توضیح داده شود: با تخلیه آب از مخزن هوابند، هوا در ابتدا در داخل مخزن (در بالای سطح آب) منبسط می شود و در نتیجه فشار کمتری در آنجا ایجاد می شود. بنابراین بدنه آب در داخل مخزن دو نیروی متضاد را تجربه می کند: یکی به دلیل هد هیدرواستاتیکی ناشی از اختلاف سطح آب در داخل مخزن و ظرف است که باعث می شود آب از مخزن خارج شود. و دوم به دلیل اختلاف فشار محیط بیرون و ناحیه کم فشار داخل مخزن در بالای سطح آب است که از خروج آب جلوگیری می کند. در مقداری اختلاف سطح بین آب در مخزن و ظرف (و برای هندسه معینی از مخزن)، دو نیرو برابر می شوند و جریان متوقف می شود. با این حال، زمانی که به این نقطه بدون جریان برسد، ظرف ممکن است از قبل پر شده باشد.
این ایده ممکن است دقیقاً فرموله شود. فرض کنید V0 حجم اولیه هوای داخل مخزن بالای سطح آب باشد که در فشار اتمسفر نیز قرار دارد. اجازه دهید تمام ارتفاعات را از زمینی که مخزن و ظرف روی آن قرار دارند اندازه گیری کنیم. بگذارید ظرف را به اندازه ای عمیق بگیریم که آب نتواند سرریز شود. هنگامی که آب بین آنها جریان یافت و به تعادل رسید، بگذارید hR و hC به ترتیب سطوح آب در مخزن و ظرف باشند که نسبت به زمین اندازه‌گیری می‌شوند. متناظر با سطح نهایی آب در مخزن hR، حجم هوای بالای سطح آب در مخزن باید V باشد، به طوری که هوای مخزن از V0 به V منبسط شده است. اگر تغییر دما ناچیز باشد به طوری که ممکن است آن را فرض کنیم ثابت باشد، با استفاده از قانون گاز ایده آل برای هوا (که تقریب خوبی است) مقدار اختلاف فشار را داریم. محیط به عنوان:
$\begin{align}
|\Delta p|=mRT\left( \frac{1}{V_0}-\frac{1}{V} \right)
\end{align}$
که در آن$m,R,T,$به ترتیب جرم، گاز ثابت و دمای هوای داخل مخزن هستند. در حالت تعادل، این اختلاف فشار توسط $\rho_{water}g(h_R-h_C)$ متعادل می شود. این می دهد:
$\begin{align}
|\Delta p|=\rho_{water}g(h_R-h_C) & =mRT\left( \frac{1}{V_0}-\frac{1}{V} \right)\\
\therefore\quad h_C & =h_R-\frac{mRT}{\rho_{water}g}\left( \frac{1}{V_0}-\frac{1}{V} \right)
\end{align}$اگر ارتفاع واقعی ظرف کمتر از hC باشد، آب سرریز خواهد شد. به یاد داشته باشید که V در عبارت بالا تابعی از hR است و هر پیکربندی در آزمایش‌های شما نیاز به یک محاسبه جداگانه دارد.
من مطمئن نیستم که چرا نمی خواهید از شیرآلات استفاده کنید. . جایگزین دیگری برای حفظ سطح تقریباً ثابت آب بدون استفاده از وسایل اضافی وجود دارد. ظرفی را با مساحت کمتری که امکان پذیر است بردارید و مخزنی را با سطح وسیعی که امکان پذیر است انتخاب کنید. سپس برای مقدار معینی از آبی که از مخزن به مخزن جریان می یابد، تغییر سطح در مخزن باید کوچکتر باشد هر چه نسبت مساحت مخزن به ظرف بزرگتر باشد. به طور دقیق، اجازه دهید AR، AC به ترتیب منطقه مخزن و ظرف باشد. فرض کنید $\dot{q}''$ متوسط ​​میزان مصرف حجم آب از ظرف در واحد سطح در واحد زمان، به دلیل نوشیدن پرندگان از آن و در اثر تبخیر باشد. فرض کنید میزان آب از دست دادن ظرف به اندازه کافی کم است (که به نظر من یک فرض معقول به نظر می رسد) به طوری که سطح آب در مخزن و ظرف عملاً بلافاصله یکسان می شود، به طوری که در همه زمان ها سطح آب در مخزن و ظرف برابر است. سپس $\dot{q}''A_C\delta t$ حجم آب از دست رفته از مخزن در مدت زمان کم δt است. این باعث کاهش سطح آب δh در مخزن و ظرف می شود. سپس تعادل جرم به دست می آید: $(A_R+A_C)\delta h=\dot{q}''A_C\delta t$، بنابراین سرعت تغییر ارتفاع آب در ظرف برابر است: $\dot{h}=\dot{q}''/(1+A_R/A_C)$
ویژگی کلیدی در واقع این است که در حالت اول، مخزن بالای ظرف نیست. اصل فیزیکی اصل حداقل انرژی پتانسیل کل نامیده می‌شود.
ایده این اصل این است که معمولاً سیستمی که در حال تغییر است اصطکاک را تجربه می کند و اصطکاک معمولاً انرژی را از سیستم می گیرد. این تمایلی را برای سیستم‌ها ایجاد می‌کند که در پیکربندی مستقر شوند که در آن انرژی "محلی" به حداقل برسد: همه پیکربندی‌های "نزدیک" دیگر که می‌توان در آنها اختلال ایجاد کرد، انرژی بالاتری دارند.
اصل ارشمیدس به عنوان مثال
بنابراین اجازه دهید برای شما مثالی بزنم: یک کنده را در آب تصور کنید. ما می‌توانیم بر اساس کل انرژی پتانسیل گرانشی mgy بفهمیم که آیا می‌خواهد شناور شود یا غرق شود، جایی که m جرم جسم، g شتاب گرانشی در سطح زمین، و y فاصله بالاتر از سطح دلخواه ما است. صفر بودن
تصور کنید که ما موقعیت log را از y0 به y1 تغییر می دهیم. ما یک مشکل داریم، جایی که ما آن را به آنجا منتقل می کنیم در حال حاضر توسط آب اشغال شده است، بنابراین باید یک تکه آب با همان حجم V برداریم و آن را از موقعیت y1 به y0 منتقل کنیم. جرم این آب حجم آن ضربدر چگالی ρ آب است. بنابراین، کل تغییر انرژی ناشی از حرکت این سیاهه مربوط باید باشد:
$m~g~(y_1 - y_0) + \rho~V~g~(y_0 - y_1) = (m - \rho~V)~g~(y_1 - y_0).$می‌توانیم ببینیم که شناور شدن یا غرق شدن آن به علامت y1−y0 (آیا به سمت بالا حرکت می‌کند یا پایین؟) و علامت m−ρ V (آیا چگالی آن بیشتر یا کمتر از آب است؟) و نتیجه آشکار آن بستگی دارد. اینکه چیزهایی که چگالی کمتری نسبت به آب دارند (m−ρ V منفی است) با شناور شدن انرژی کاهش می‌یابد (y1−y0 مثبت است) و چیزهایی که چگالی بیشتری از آب دارند (m−ρ V مثبت است) با فرورفتن انرژی کاهش می‌یابند. y1-y0 منفی است).
اگر دو ظرف آب باز را با یک لوله وصل کنید، در واقع کار بسیار جالبی انجام خواهند داد: آنها آب را از طریق آن لوله به اشتراک می گذارند تا زمانی که هر دو دقیقاً سطح آب یکسانی داشته باشند.
به این فکر کنید که چگونه حرکت آب را فقط با "حک کردن" یک تکه آب از یک مکان و در ذهن خود "قرار دادن" آن در مکان دیگر در نظر گرفتیم. سپس به دو سطح آب نامتعادل فکر کنید، و سطح آب خیالی را که اگر هر دو به یک سطح برسند اتفاق می افتد: یکی از آنها پایین تر از این سطح خیالی است، دیگری بالاتر است. می‌توانیم با تصور اینکه همان ترفند را انجام می‌دهیم، انرژی مورد نیاز برای جدا نگه داشتن این سطوح را در نظر بگیریم، تصور می‌کنیم که موقعیتی را در نظر گرفتیم که سطح آب یکسان بود، سپس تکه‌ای از آب را بین خط فرضی "حک کردیم" و خط آب واقعا پایین تر، و آن تکه آب را برداشت و به بالای ظرف دیگر منتقل کرد تا در سطح بالاتری قرار گیرد. از آنجایی که ما فقط آب را بالا بردیم، هیچ کدام را پایین نیاوردیم، حرکت این آب باید سیستم را به حالت انرژی پتانسیل بالاتر برده باشد.
در واقع، و اگر هنوز آن را ندیده اید ممکن است شما را شگفت زده کند، اگر آنها را با شلنگ وصل کنید، در واقع در دو سطل اتفاق می افتد، حتی اگر آن شلنگ بالای لبه های سطل برود! با این حال، برای انجام این کار، شلنگ باید پر از آب باشد: به یاد داشته باشید که قانون این است که فقط تنظیمات "نزدیک" باید انرژی بالاتری داشته باشند. اگر یک حباب هوا در شیلنگ وجود داشته باشد و حباب هوا بتواند به یک سمت یا آن طرف حرکت کند، ممکن است هزینه انرژی داشته باشد و سپس پیکربندی‌های "نزدیک" که آب خالص را از سطل A به سطل B منتقل می‌کنند، ممکن است همگی انرژی بالاتری داشته باشند. اگر آنها حباب هوا را مجبور به حرکت به سمت پایین در شیلنگ کنند.
به عنوان مثال ببینید این نمایش ویدیویی از افکت سایفون برای مشاهده بصری آنچه در اینجا به صورت انتزاعی در مورد آن صحبت می کنم.ظروف دربسته
همچنین ممکن است به ظروف دربسته علاقه داشته باشید: همچنین سؤالات جالبی در مورد اینکه آیا بطری سفت و سختی دارید که آن را در مخزن آب فرو می‌کنید، اجازه می‌دهید تا تمام بالا پر شود، و سپس «وارونه» بچرخانید و از آن بیرون بکشید، وجود دارد. اب. با بلند شدن بطری، آب «می‌خواهد» به داخل مخزن سرازیر شود، اما این باعث می‌شود که خلاء به داخل بطری کشیده شود. ما می گوییم که "فشار هوا" به آن فشار می آورد. خب، در واقع، در شرایطی که در بالا در مورد آن صحبت کردم، آب در حال سقوط در بطری هوا را به سمت بالا می راند، از سطح آب بالا رفتن مخزن تا بالای جو زمین! این یک روش متفاوت برای نگاه کردن به یک اثر است. بنابراین این در واقع یک اختلاف ارتفاع قابل پیش‌بینی بین سطح آب در بطری و سطح آب مخزن ایجاد می‌کند: دقیقاً تفاوت ارتفاعی است که اگر کمی آب از سطح بطری به سطح مخزن ببرید، دقیقاً مطابقت دارد. هزینه انرژی برای انتقال یک تکه هوا با همان حجم از سطح مخزن به بالای جو زمین. با این حال آب فوق متراکم نیست و برای آب این فاصله چیزی حدود 10 متر است d در غواصی.)
این اثر همچنین برای مدت طولانی با جیوه - یک فلز مایع که 13.5 برابر آب چگالی دارد - استفاده شده است. عطارد یک اختلاف ارتفاع قابل پیش بینی در حدود 760 میلی متر ایجاد می کند، و این تغییرات میلی متری در این ارتفاع به ما امکان می دهد تغییرات کوچکی در فشار اتمسفر به دلیل طوفان هایی که در حال حرکت یا ترک منطقه محلی ما هستند را اندازه گیری کنیم.من در شرایطی هستم که اعداد بی معنی هستند و برای اکثر کسانی که مدرک ریاضی ندارند. اما به بیان ساده اگر سطح آب مخزن بالاتر از ظرفی باشد که سعی در حفظ آب در آن دارد، بدون توجه به اینکه سطح آب در مخزن کمتر از سطح سرریز ظرف باشد، جریان خواهد داشت. اگر ظرف بالا باشد و وزن آب داخل ظرف حداقل وزن آب ظرف را برآورده نکند به دلیل کمک نیروی جاذبه زمین سرریز می شود. اگر بگوییم آب در ظرف باید همان وزنی را داشته باشد که وزن آن در مخزن بیشتر باشد. باید برابر باشد. وزن آب حداقل 7 پوند در هر گالن است. اما وقتی یک گالن را روی دیگری قرار می دهید، وزن جدید آن 14 پوند است. بنابراین اکنون ظرف باید 14 پوند آب در خود داشته باشد که شامل گرانش یا عمقی باشد که با بالاترین سطح مخزن مطابقت داشته باشد، در غیر این صورت سرازیر خواهد شد. سپس سطح آب در هر دو به همان سرعت کاهش می یابد. هر دو در یک زمان خالی می شوند یا با یک سرعت بالا می روند.hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth semester of aerospace engineering
smile072 smile072 رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضا
تصویر

ارسال پست