Почему в этом видео цоколь лампы отскакивает так далеко? :)

[Denis Russkih]

Вот видео со скоростной съёмкой различных процессов. На 0:53 там разбивается упавшая вниз лампочка. (Я привёл ссылку сразу на этот момент.)

Никак не могу понять, почему цоколь лампы в итоге отскакивает так далеко?.. Лампочка ведь падает практически вертикально. Ну попрыгал бы на месте, да и всё. :) Так нет же, улетает как ракета. :) А ведь его вес составляет не такую уж малую часть веса лампы!

Собственно, реактивное движение и было первым, что я предположил. Лампочка ведь наполнена внутри неким газом. Возможно, что давление этого газа чуть выше атмосферного. Тогда при разбитии лампы она не просто бьётся, а лопается, и её части летят в разные стороны. Я прав, или тут есть ещё какие-нибудь причины?

[dima90]

Давление, конечно, может сыграть роль,-- но только в том случае, если в лампе газ изначально заполнен под бОльшим давлением, чем требуется, ведь газ разрежают так, чтобы при нагреве его давление было сравнимо с атм.
Больше похоже на случайность: у этой лампы как раз цоколь имеет массу, сравнимую с тем большим куском стекла, который летит вслед за ним. Тут вот еще что: если присмотреться, замедлив видео дополнительно, можно заметить, что цоколь не летит как ракета, а скользит на кончике торчащего из него острого куска стекла. И скользит, видимо, за счет того, что на этот кончик при разбитии навалился этот тяжелый стеклянный колпак(верхняя часть лампы), который просто упал на бок в момент лопания.

[amon]

Denis Russkih в сообщении #1121849 писал(а):

Никак не могу понять, почему цоколь лампы в итоге отскакивает так далеко?

Давление в лампочке существенно ниже атмосферного, как ни удивительно, именно из за этого осколки и разлетаются в стороны. Давление это полный аналог потенциальной энергии, разность давлений переходит в кинетическую энергию. При этом не важно, где давление больше, а где меньше - важна разность. На чуть более микроскопическом уровне: после разрушения колбы возникает сходящаяся волна, в центре бывшей лампочки растет давление, оно превышает в конце концов атмосферное и появляется расходящаяся волна, которая и разбрасывает осколки. Обратите внимание на паузу между разрушением колбы и разлетом осколков.

[venco]

На видео скорость воспроизведения не постоянная. Так что скорость улетания цоколя несколько преувеличена, в этот момент видео переключается на полную скорость.

[Denis Russkih]

dima90 в сообщении #1121871 писал(а):

Тут вот еще что: если присмотреться, замедлив видео дополнительно, можно заметить, что цоколь не летит как ракета, а скользит на кончике торчащего из него острого куска стекла. И скользит, видимо, за счет того, что на этот кончик при разбитии навалился этот тяжелый стеклянный колпак(верхняя часть лампы), который просто упал на бок в момент лопания.

Вот этот момент, простите, для меня как-то не очевиден. :)

Я согласен, что цоколь упирается в пол некой стеклянной штучкой, торчащей из него (очень похоже на центральную деталь лампы, она довольно неплохо заметна на самых последних кадрах). Правда, сам цоколь при этом висит в воздухе, земли он касается только два раза: один раз сразу после падения и второй раз уже тогда, когда он почти улетел из кадра.

Но каким же образом воздействие "стеклянного колпака" на эту деталь может привести к такому бодрому перемещению цоколя?.. Особенно если учесть, что и "стеклянный колпак", и цоколь движутся впоследствии в одну и ту же сторону. :)

amon в сообщении #1121878 писал(а):

Давление в лампочке существенно ниже атмосферного, как ни удивительно, именно из за этого осколки и разлетаются в стороны. Давление это полный аналог потенциальной энергии, разность давлений переходит в кинетическую энергию. При этом не важно, где давление больше, а где меньше - важна разность. На чуть более микроскопическом уровне: после разрушения колбы возникает сходящаяся волна, в центре бывшей лампочки растет давление, оно превышает в конце концов атмосферное и появляется расходящаяся волна, которая и разбрасывает осколки. Обратите внимание на паузу между разрушением колбы и разлетом осколков.

Спасибо, очень интересный вариант. :) Пожалуй, скорее всего, так и есть. Наиболее разумное объяснение.

Не совсем понимаю только, почему же тогда осколки не засасывает сначала внутрь лампочки, хотя бы чуть-чуть?.. Или воздух обтекает их так быстро, что они не успевают сдвинуться с места?.. Неужели тончайших трещин в лампе (в самом начале разбивания) уже достаточно, чтобы внутри скачкообразно выросло давление?

venco в сообщении #1121883 писал(а):

На видео скорость воспроизведения не постоянная. Так что скорость улетания цоколя несколько преувеличена, в этот момент видео переключается на полную скорость.

Это вполне очевидно. :) Меня удивила не скорость, а дальность полёта. Цоколь в финале вообще улетает из кадра, чего я никак не ожидал.

[druggist]

Denis Russkih в сообщении #1121849 писал(а):

Вот видео
со скоростной съёмкой различных процессов

А что за камера, обычная "мыльница", ультразум?

amon в сообщении #1121878 писал(а):

Обратите внимание на паузу между разрушением колбы и разлетом осколков.

Интересно, оценка времени "схлопывания" из элементарных "энергетических" соображений дает:

$$t \sim\sqrt {m/(pl)},$$

где $m$ - масса лампы, $l$ - размер, $p$ - атмосферное давление. При $p=10^6dyn/cm^2$, $m=10^2g$, $l=10cm$ получается $t=0.03 sec$, вполне измеримая величина.

[amon]

Denis Russkih в сообщении #1121910 писал(а):

Не совсем понимаю только, почему же тогда осколки не засасывает сначала внутрь лампочки

Лампочка разбилась "не симметрично" (снизу), поэтому верхняя часть не успела деформироваться.

[Denis Russkih]

druggist в сообщении #1121930 писал(а):

А что за камера, обычная "мыльница", ультразум?

Не знаю, я просто наткнулся на это видео, бродя по YouTube. :) Но в самом видео говорится, что это камера Phantom Flex, снимающая 2564 кадра в секунду.

druggist в сообщении #1121930 писал(а):

получается $t=0.03 sec$, вполне измеримая величина.

Если так, то схлопывание занимает $2564 \cdot 0.03 \approx 77$ кадров или около $3$ секунд видео. :) Прикольно.

amon в сообщении #1121932 писал(а):

Denis Russkih в сообщении #1121910 писал(а):

Не совсем понимаю только, почему же тогда осколки не засасывает сначала внутрь лампочки

Лампочка разбилась "не симметрично" (снизу), поэтому верхняя часть не успела деформироваться.

Ага, вот оно что! Тогда понятно, спасибо. :)

[dima90]

Denis Russkih в сообщении #1121910 писал(а):

Но каким же образом воздействие "стеклянного колпака" на эту деталь может привести к такому бодрому перемещению цоколя?..

Никаким, только немного поспособствовать другой причине, которую указал amon.
Я, что-то, увидев ваши слова про давление подсознательно принял, что на видео лампочка горячая. Не подумал.
Конечно, идея с волной (наи-)более разумна.

[GraNiNi]

Давление внутри лампочки - ни при чем.

Здесь чистая механика с изменением вертикального движения на горизонтальное - отскок с разрушением (случайным).

Тарелка тоже разбивается на осколки, которые улетают иногда на многие метры.

[druggist]

GraNiNi в сообщении #1121991 писал(а):

Давление внутри лампочки - ни при чем.

Вполне может быть при чем. В момент удара лампочки о твердую поверхность на нее кроме силы тяжести начинает действовать сила реакции опоры. В результате действия этих двух внешних сил в стеклянном слое возникают сдвиговые компоненты напряжений, превышающие предел прочности, из-за этого участок стекла, контактирующий с поверхностью начинает разрушаться. В случае вакуумирования сразу после разрушения возникает дополнительная нескомпенсированная сила из-за наличия градиента давления, быстро уменьшающаяся при выравнивании давлений. Может ли она вносить вклад в поведение осколков? Почему бы нет? Что касается сходящейся волны, как-то слабо себе представляю...

[GraNiNi]

druggist в сообщении #1122189 писал(а):

В случае вакуумирования сразу после разрушения возникает дополнительная нескомпенсированная сила из-за наличия градиента давления, быстро уменьшающаяся при выравнивании давлений. Может ли она вносить вклад в поведение осколков? Почему бы нет?

В лампочке нет вакуума - там остаточное давление инертных газов около 0,7-0,8 атм, чтобы при их нагреве от спирали, давление выравнивалось с атмосферным.

Для проверки влияния разрежения нужно разгерметиризовать лампочку и так же ее уронить.
Разлет осколков будет аналогичным, правда элемент случайности разрушения может исказить результаты эксперимента.

[druggist]

GraNiNi в сообщении #1122260 писал(а):

В лампочке нет вакуума - там остаточное давление инертных газов около 0,7-0,8 атм, чтобы при их нагреве от спирали, давление выравнивалось с атмосферным.

Ну, во-первых, вакуум в лампочках есть, все маломощные лампочки вакуумируются дабы снизить тепловые потери. Во вторых, что дает разность давлений $0,3$ атм для более мощных ламп? Давайте прикинем, энергия при схлопывании лампочки под действием разности давлений: $ \sim \Delta{p l^3}$ = $0,3\cdot 10^6 \cdot10^3$ = $3\cdot10^7erg$, кинетическая энергия $ \sim mgh = 10^2\cdot 10^3 \cdot10^2 = 10^7erg$. Так что энергии сравнимы.

[amon]

GraNiNi в сообщении #1121991 писал(а):

Давление внутри лампочки - ни при чем.

У Вас при включении лампочки никогда не взрывались? Там, если что, механизм, видимо, такой: кусок раскаленной спирали попадает на холодное стекло, и оно лопается от термического напряжения. После этого осколки собираем по всей комнате. Раньше, когда лампы не заполняли инертным газом, эффект был еще более впечатляющий.

[Munin]

(Оффтоп)

amon в сообщении #1122284 писал(а):

Там, если что, механизм, видимо, такой: кусок раскаленной спирали попадает на холодное стекло, и оно лопается от термического напряжения. После этого осколки собираем по всей комнате.

У меня в детстве такое было однажды в ванной комнате. Эффект потрясающий: сижу себе в ванне, никого не трогаю, вдруг бум, темнота, и живот ранен вражеской пулей (поцарапан осколком). С тех пор мы стали наворачивать на лампу колпак.