2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5, 6  След.
 
 Re: Кусочек пробки в стакане и поверхностное натяжение.
Сообщение06.12.2018, 12:31 


05/09/16
12131
Umka2000 в сообщении #1359082 писал(а):
Возьмите интеграл, сомнения исчезнут

Какой интеграл?

 Профиль  
                  
 
 Re: Кусочек пробки в стакане и поверхностное натяжение.
Сообщение06.12.2018, 19:05 


01/04/08
2825
wrest в сообщении #1358992 писал(а):
...системе в целом, выгоднее стоять там или там, сообразуясь с тем как написал Гарднер (в центре стакана если он переполнен и у края если нет). Но я не могу этого сказать, не понимаю почему...

И потом. Что-то все-таки должно двигать пробку в центр\к краю.
И еще -- а есть между этими состояниями (стакан переполнен и недолит) промежуточное, в котором пробка будет испытывать безразличное равновесие?

Двигает сила поверхностного натяжения, точнее - разность ее величин (векторов) с разных сторон плавающего тела (то есть, обращенных к центру стакана и к его стенкам) обусловленная кривизной поверхности воды на которой это тело плавает.
Вот здесь это разбирается.
http://t-z-n.ru/svodoi/docs/zurnal_fizi ... .56-62.pdf

 Профиль  
                  
 
 Re: Кусочек пробки в стакане и поверхностное натяжение.
Сообщение06.12.2018, 22:24 


05/09/16
12131
GraNiNi
О, спасибо большое!

Стало несколько яснее (особенно иллюстрация с красными шайбами), но все же не вполне.

Например, если шарик несмачиваемый, мениска у шарика нет (=мениск плоский), то почему шарик все равно двигается?

 Профиль  
                  
 
 Re: Кусочек пробки в стакане и поверхностное натяжение.
Сообщение07.12.2018, 01:27 


01/04/08
2825
wrest в сообщении #1359360 писал(а):
Например, если шарик несмачиваемый, мениска у шарика нет (=мениск плоский), то почему шарик все равно двигается?

Чтобы не было движения (теоретически) - мениск должен отсутствовать и у шарика и у стенок (ребра) стакана.

Но это только (на глаз) кажется что мениск плоский, а на самом деле это не так.
Практически невозможно идеально уравнять углы смачивания шарика и стенок стакана сделав их плоскими (90°).
Тем более, что у стекла, как отмечается в статье, имеется гистерезис угла смачивания, что вообще делает непредсказуемым величину этого угла, поэтому какая-то кривизна поверхности воды в стакане всегда будет иметь место.

 Профиль  
                  
 
 Re: Кусочек пробки в стакане и поверхностное натяжение.
Сообщение07.12.2018, 01:37 


05/09/16
12131
GraNiNi
С кривизной воды в стакане все ясно.
Неясно с пробкой. Вывод в статье сдедан такой: все их шарики в эксперименте скатываются кверху независимо от смачиваемости шарика. Но при этом получить выпуклый мениск на шарике им не удалось, а только вогнутый и плоский.

Можно взять металлический шарик, у него точно мениск будет выпуклый. Он будет куда скатываться - кверху или книзу?

И неясно таки с механизмом, я еще раз почитаю, пожалуй. Но впечатление осталось такое что это догадки у них. К рисункам тоже есть вопросы, например: ватерлиния (с учетом мениска, конечно) у шарика - это что за кривая? Окружность горизонтальная? Или негоризонтальная? Или не окружность?

 Профиль  
                  
 
 Re: Кусочек пробки в стакане и поверхностное натяжение.
Сообщение07.12.2018, 02:34 


01/04/08
2825
wrest в сообщении #1359426 писал(а):
Можно взять металлический шарик, у него точно мениск будет выпуклый. Он будет куда скатываться - кверху или книзу?

Если поверхность шарика гидрофобная (не смачиваемая), то все будет с точностью до наоборот.

На выпуклой поверхности воды он будет скатываться к краю стакана, а на вогнутой поверхности (внутри стакана) он не будет прилипать к стенке, а будет стремиться к центру.

Если бы авторы статьи это продемонстрировали экспериментально, то научная ценность статьи многократно бы возросла.

 Профиль  
                  
 
 Re: Кусочек пробки в стакане и поверхностное натяжение.
Сообщение07.12.2018, 12:18 


05/09/16
12131
GraNiNi в сообщении #1359433 писал(а):
Если поверхность шарика гидрофобная (не смачиваемая), то все будет с точностью до наоборот.

Должно быть. Но вот их опыты, видео на ютубе: https://www.youtube.com/watch?v=WXE6pFNOuFo
гидрофобный шарик лезет в центр переполненного стакана также как и гидрофильный.
GraNiNi в сообщении #1359433 писал(а):
Если бы авторы статьи это продемонстрировали экспериментально, то научная ценность статьи многократно бы возросла.
А, вы просто не заметили -- у них там ссылка на ютуб с этими шариками в статье, но из .pdf не копируется и пришлось набрать вручную, пользуйтесь :)

Разгадка тут не в самой по себе гидрофобности\гидрофильности стакана и шарика, а в знаках кривизны менисков на стакане и шарике. Поскольку шарик легкий, то угол, который он образует с ватерлинией острый, и гидрофобности шарика просто не хватает на то, чтобы сделать мениск шарика выпуклым: мениск на шарике получается или вогнутым или в крайнем случае почти плоским. Но если в шарик насыпать что-то тяжелое чтобы он хорошенько притопился, то всё должно измениться и стать "как надо": гидрофобный шарик будет скатываться с водяной горки переполненного стакана, а гидрофильный на эту горку станет залезать.

 Профиль  
                  
 
 Re: Кусочек пробки в стакане и поверхностное натяжение.
Сообщение07.12.2018, 12:57 


01/04/08
2825
wrest в сообщении #1359512 писал(а):
гидрофобный шарик лезет в центр переполненного стакана также как и гидрофильный.

Если внимательно присмотреться, то и у "гидрофобного" шарика вода слегка залезает на него, то есть - смачивает.
Поэтому эксперимент нельзя назвать удачным и значимым.

Поверхностные явления - дело тонкое и здесь нужна тщательность и аккуратность. Достаточно ничтожного количества какой либо примеси (ПАВ) попавшей в воду, и она сорбируется на поверхности (даже гидрофобной), изменяя ее смачиваемость (краевой угол).

Провел эксперимент с небольшим шариком целиком из парафина (свечки).
Он ведет себя как и положено - скатывается с выпуклой поверхности воды и центрируется в неполном стакане.

 Профиль  
                  
 
 Re: Кусочек пробки в стакане и поверхностное натяжение.
Сообщение07.12.2018, 13:03 


05/09/16
12131
GraNiNi в сообщении #1359518 писал(а):
Поэтому эксперимент нельзя назвать удачным и значимым.
Ну так парафином мазали и гидрофобным спреем для обуви прыскали -- куда уж гидрофобнее.
GraNiNi в сообщении #1359518 писал(а):
Провел эксперимент с небольшим шариком целиком из парафина (свечки).
Он ведет себя как и положено - скатывается с выпуклой поверхности воды и центрируется в неполном стакане.

А при этом сам шарик насколько погружен? У парафина плотность 0.9 воды, должен тонуть больше чем наполовину, однако. Смажьте этим же парафином пенопластовый шарик или шарик для пинг-понга -- и он не будет скатываться с горки ;)

-- 07.12.2018, 13:06 --

GraNiNi в сообщении #1359518 писал(а):
Если внимательно присмотреться, то и у "гидрофобного" шарика вода слегка залезает на него, то есть - смачивает.
Нет, тут "залезает на него" $\ne$ "смачивает", надо смотреть на угол: "смачивает" это острый, "не смачивает" - тупой.

-- 07.12.2018, 13:14 --

Я очень рад, что моя интуиция не подвела меня, т.к. я сразу почуствовал что в ответе Гарднера чего-то недостаёт, и я предполагаю, что Гарднер-то как раз себе представлял неверно физическую картину явления.

Что еще хотел сказать. Было бы интересно, конечно, как-то оценить силу.
Мне представляется, что сила (притяжения\отталкивания между менисками) неквадратична по расстоянию, иначе круглый шарик бы безразлично плавал в круглом стакане.
Интересно также провести какую-то параллель с зарядами: выпуклый мениск например положительный заряд, вогнутый -- отрицательный. Кривизна - величина заряда. Тогда стенку стакана (или шарика) можно сравнить с проводником, вероятно с каким-то сопротивлением.

 Профиль  
                  
 
 Re: Кусочек пробки в стакане и поверхностное натяжение.
Сообщение07.12.2018, 15:48 


01/04/08
2825
wrest в сообщении #1359521 писал(а):
Смажьте этим же парафином пенопластовый шарик

Кусочек пенопласта покрыл парафином.
В отличие от чистого парафина - в воду почти не погружается.
Результат:
- сползает с выпуклой поверхности на край стакана (как и парафин), что опровергает опыт авторов статьи.

- прилипает к стенке неполного стакана - отличие от парафина.

Еще раз убеждаюсь, что эксперимент не любит суеты и его нужно тщательно готовить.

 Профиль  
                  
 
 Re: Кусочек пробки в стакане и поверхностное натяжение.
Сообщение07.12.2018, 16:06 


05/09/16
12131
GraNiNi в сообщении #1359555 писал(а):
Кусочек пенопласта покрыл парафином.
В отличие от чистого парафина - в воду почти не погружается.

А мениск-то какой получается на этом пенопласте -- выпуклый или вогнутый?

-- 07.12.2018, 16:18 --

GraNiNi в сообщении #1359555 писал(а):
Еще раз убеждаюсь, что эксперимент не любит суеты и его нужно тщательно готовить.

Хотел бы еще раз обратить внимание на то, что авторы статьи считают что "одноименные" мениски будут притягиваться а "разноименные" -- отталкиваться. И тут дело не [только] в смачиваемости. Один и тот же стакан дает два типа мениска - выпуклый (переполнен) и вогнутый (недолит).

В этой связи шарик фиксированного размера, покрытый одним и тем же материалом в смысле смачиваемости его водой (например тем же парафином), но разной массы (досыпаем внутрь шарика песок) будет вести себя по-разному. Если у вас пенопласт шарообразной формы, то я думаю что подвешивая к нему груз (втыкая иголки\гвоздики снизу) и тем самым обеспечивая различные углы входа поверхности шарика в воду и следовательно различную кривизну мениска от вогнутой до выпуклой, можно увидеть что он причаливает в разные места стакана -- в центр или к краям.

 Профиль  
                  
 
 Re: Кусочек пробки в стакане и поверхностное натяжение.
Сообщение07.12.2018, 16:22 


01/04/08
2825
wrest в сообщении #1359557 писал(а):
А мениск-то какой получается -- выпуклый или вогнутый?

Кусочек - небольшой - около 5 мм и не шарик, а бесформенный, точнее - из нескольких слипшихся минишариков пенопласта.
Поэтому само место контакта с водой не видно, но судя по отражению света вблизи контакта - там впадина.

 Профиль  
                  
 
 Re: Кусочек пробки в стакане и поверхностное натяжение.
Сообщение07.12.2018, 16:29 


05/09/16
12131
GraNiNi в сообщении #1359561 писал(а):
Поэтому само место контакта с водой не видно, но судя по отражению света вблизи контакта - там впадина.

А это (по мнению авторов статьи) самое важное тут. Ну и раз структура у вас нерегулярная, то этот пенопласт должен причаливать к краю всегда одной конкретной стороной, той где больше вогнутость мениска.

 Профиль  
                  
 
 Re: Кусочек пробки в стакане и поверхностное натяжение.
Сообщение08.12.2018, 09:18 


24/01/09
1304
Украина, Днепр
wrest в сообщении #1358970 писал(а):
Изображение


Любопытный вопрос - куда и из какой точки направлена результирующая сила давления жидкости.
И то же самое - о силе веса тела.

wrest в сообщении #1359017 писал(а):
Если сила Архимеда может быть невертикальной, то она и будет толкать пробку вбок. Но в каждой точке в толще воды градиент давления воды вертикален, так что неясно откуда может взяться "боковая" сила Архимеда.

Архимедова сила понятие синтетическое, а вот сила давления жидкости - вполне может быть "невертикальной", например выпирать пробку вбитую в боковую поверхность стоящей бочки.

 Профиль  
                  
 
 Re: Кусочек пробки в стакане и поверхностное натяжение.
Сообщение09.12.2018, 18:14 


01/04/08
2825
wrest в сообщении #1359512 писал(а):
Поскольку шарик легкий, то угол, который он образует с ватерлинией острый, и гидрофобности шарика просто не хватает на то, чтобы сделать мениск шарика выпуклым: мениск на шарике получается или вогнутым или в крайнем случае почти плоским.

Все верно.

Я тут немного посчитал и оказалось, что шарик (для пинг-понга), под собственным весом, погружается в воду примерно на 7 мм, а в месте контакта с поверхностью воды образует угол примерно 50°.
Этот угол меньше допустимого угла для парафинированной поверхности, равный 76°, поэтому и возникает вогнутый псевдо-мениск, который не является мениском смачивания, а представляет собой складку, или своеобразный водный валик, прижатый к шарику.

Также из расчета следовало, что для того, чтобы парафинированный шарик скатывался с выпуклой поверхности воды, угол контакта с поверхностью воды должен превышать 76°, что соответствует его погружению на глубину 16 мм и более - почти до середины.

Это было проверено экспериментально и полностью подтвердилось.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 77 ]  На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5, 6  След.

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group