حرکت حباب داخل یک قطره آب آویزان به چه سمتی هست؟

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
Enjoy-physics

عضویت : دوشنبه ۱۴۰۰/۱/۲۳ - ۰۵:۵۳


پست: 55

سپاس: 25

حرکت حباب داخل یک قطره آب آویزان به چه سمتی هست؟

پست توسط Enjoy-physics »

سلام یک سوال داشتم اگه جواب بدید ممنون میشم.

یه قطره آب رو درنظر بگیرید که به یک تکیه گاه چسبیده و متصل هست. دقیقا شبیه به قطره ی آبی که در تصویر زیر میبینید.

سوالم این هست که اگه یک حباب رو داخل و در مرکز این قطره قرار بدیم حرکت این حباب به چه سمتی هست؟ آیا این حباب مثل همه حبابها در سیالات ، بسمت بالا حرکت میکنه؟
پیوست ها
water-drop-macro-de587497-14b4-42fb-9ede-6e4d292e014b.jpg
water-drop-macro-de587497-14b4-42fb-9ede-6e4d292e014b.jpg (94.03 کیلو بایت) مشاهده 629 مرتبه

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 722

سپاس: 425

جنسیت:

تماس:

Re: حرکت حباب داخل یک قطره آب آویزان به چه سمتی هست؟

پست توسط rohamjpl »

به زبان ساده ، جاذبه مایعات اطراف را تحت فشار قرار داده و منطقه ای از فشار بالاتر از حباب هوا ایجاد می کند. تراکم کمتر هوا کشش جاذبه را لغو می کند. اگر گرانش را از معادله حذف کنید ، حباب هوا به سمت بالا رانده نمی شود.زیرا گرانش تنها نیرویی نیست که نقش دارد . همچنین نیروی شناوری در مایعات و گازها وجود دارد. اگر مقداری جسم (حباب شما - یک حباب هوا در آب) در یک مایع یا گاز غوطه ور باشد ، این یک نیروی رو به بالا برابر با وزن مقدار مایع / گاز جابجا شده توسط جسم ایجاد می کند (= ارشمیدس 'قانون) اگر این نیرو از وزن خود (نیروی گرانش رو به پایین) بزرگتر باشد ، در نتیجه نیروی (خالص) رو به بالا خواهد بود.تصویر
هوا در یک بالون آب چگونه در فضا عمل می کند.
حباب هوا در آب منبسط می شود تا جایی که فشار داخلی آن با فشار خارجی موجود در آب اطراف آن مطابقت داشته باشد.
حباب به سمت بالا حرکت می کند ، زیرا هوا چگالی کمتری دارد. آب بلافاصله بالای حباب با شدت بیشتری به سمت پایین کشیده می شود تا هوای حباب به سمت پایین کشیده شود.
این تفاوت به این معنی است که آب به دور حباب به سمت پایین جریان می یابد و حباب را از آن توده کوچک آب رها می کند و بنابراین بالاتر می رود. این کار تا زمانی که حباب به سطح برسد ادامه می یابد (یعنی تمام آب به پایین ترین سطح خود رسیده است).
بدون جاذبه ، آب اطراف حباب در مقایسه با هوای حباب هیچ نیروی خالصی بر آن وارد نمی شود ، بنابراین حباب نسبت به آب حرکت نمی کند. این را می توان در آزمایش های انجام شده روی ISS مشاهده کرد.تصویر
جاذبه متناسب با مقدار جرم مرموز جهانی که به هر یک از ذرات آن نسبت داده می شود ، هر جفتی را به خود جلب می کند. حباب های هوا در آب به دلیل تفاوت نسبی نیروهای وارد بر آنها در مقابل آب در حال حرکت هستند ، در حالی که جاذبه جهانی و همیشه جذاب عمل می کند.هنگامی که بالون آب نمی چرخد ​​، تنها نیرویی که بر روی حباب هوا وارد می شود نیروی جاذبه از قسمت های مختلف بالون آب است. حال این سوال مطرح می شود که چرا حباب هوا درون آن به مرکز بالون حرکت می کند.
در زیر تصویری از آنچه واقعاً هنگام ورود حباب هوا به یک بالون پر از آب اتفاق می افتد ، است.
فرض کنید هوا از پایین بالون وارد می شود. هوا به دلیل کشش سطح به شکل کروی در می آید.
آب در قسمت بالایی بالون نسبت به قسمت تحتانی نیروی گرانش بیشتری روی حباب هوا وارد می کند. بنابراین ، حباب هوا به سمت بالا شروع به شتاب می کند. سرانجام ، هنگامی که نیروی گرانشی که توسط آب وارد می شود از هر جهت نسبتاً مساوی شود ، حباب آرام خواهد گرفت.
آیا یک حباب تشکیل شده در آب برای بیرون آمدن از سطح نیاز به انرژی دارد اره و مقدار ان $E = T\Delta A$جایی که T کشش سطحی مایع است و A مساحت سطح است
کشش سطحی به سمت مرکز حباب هوا عمل می کند. با این حال ، از آنجا که کشش سطحی نتیجه نیروهای منسجم بین مولکول های آب است ، آیا نباید مولکول های آب در رابط با حباب هوا به سمت مولکول های آب اطراف هدایت شوند و نه مرکز حباب؟بیایید سطح آب را با یک سطح الاستیک (لاستیک یا هر ماده قابل کشش دیگر) جایگزین کنیم. این به دلیل ماهیت مشابه نیروهای سطحی آب و سطوح الاستیک کار می کند. بنابراین اکنون ، قطره آب به یک بالون پر از هوا تبدیل می شود. اکنون ، از تجربه ، قبلاً می دانید که بالون نیرویی به سمت مرکز احساس می کند که با فشار هوا در داخل متعادل می شود. این مورد برای قطره آب نیز مشابه است.تجزیه و تحلیل ریاضی
ابتدا بیایید آنالوگ 2D یک کره ، دایره را تجزیه و تحلیل کنیم. یک نوار لاستیکی کشیده را به شکل دایره تصور کنید. در این حالت ، همانطور که در بالا توضیح داده شد ، نیروها بین ذرات اطراف قرار دارند و بنابراین در امتداد جهت مماسی به دایره قرار دارند. حال بیایید بخش بسیار کوچکی از آن دایره را تحلیل کنیم. شکل زیر را ببینیدتصویر
حال بیایید مولفه تنش را در جهت x و y محاسبه کنیم:
$\begin{align}
T_x&=T\sin\theta_0+T\sin\theta_0= 2 T\sin\theta_0 \\
T_y&=T\sin\theta_0-T\sin\theta_0=0
\end{align}$
همانطور که می بینیدمولفه عمودی کشش لغو می شود و فقط کشش در امتداد مرکز باقی می ماند. همانطور که مشهود است ، این برای هر بخش صدق می کند و بنابراین همه قسمت ها نیرویی به سمت مرکز احساس می کنند.حال بیایید درک فوق را به نسخه سه بعدی یعنی کره تبدیل کنیم. من در اینجا دلیل دقیق را برای شما انجام نمی دهم زیرا این فقط یک ادله اثبات فوق است و اگر خودتان این کار را انجام دهید بصیرت بیشتری خواهد داشت تصویر را ببینیدتصویر
این تصویری از یک سطح کلی است. با این حال ، در مورد کره ، می توانید R1 = R2 را فرض کنید. اکنون همانطور که در بالا انجام دادیم ، سعی کنید اجزای کشش را در جهت x ، y و z قرار دهید. از تقارن استفاده کنید تا بفهمید کدام مولفه ها لغو می شوند و کدام یک از آنها اضافه می شوند. خواهید فهمید که فقط نیروهایی که به سمت مرکز کره وارد می شوند باقی می مانند ، در حالی که بقیه لغو می شوند.
توجه: فقط نیروهای موجود در مرز مهم هستند. نیروهای موجود در داخل مرز و روی سطح نیروهای داخلی هستند اگر کل سطح را سیستم خود بدانیم و بنابراین آنها لغو می شوند.
تصویر

نمایه کاربر
You-See

نام: U30

محل اقامت: تهران

عضویت : یک‌شنبه ۱۳۹۳/۵/۱۹ - ۱۹:۰۵


پست: 1113

سپاس: 737

جنسیت:

تماس:

Re: حرکت حباب داخل یک قطره آب آویزان به چه سمتی هست؟

پست توسط You-See »

سلام. اگر قطره آب ثابت باشه و تکون نخوره و سقوط هم نکنه، حباب داخلش هیچ فرقی نمی کنه با حباب های دیگه، به سمت بالا می ره.
البته در مقیاسی به این کوچکی نیروهایی مثل کشش سطحی و یا اجرام ریز درون آب هم نقش بازی می کنن، و ممکنه حباب کمتر به سمت بالا بره.
دوستای گلم حمایت کنید : https://cafebazaar.ir/app/com.nikanmehr.marmarxword/

ارسال پست