Какие силы действуют на ряску в сосуде на МКС

[AlexKol]

Здравствуйте!

Мы с учениками проводили эксперимент в сотрудничестве с космонавтами МКС - отправили на станцию сосуды с водой, в которой ряска. Предполагали, что в невесомости архимедова сила не действует, и ряска окажется не на поверхности воды, как на Земле, а в толще. Но так не произошло - она оказалась на поверхности воздушного пузыря в центре ёмкости. Разные учителя физики по-разному это объясняют. Помогите, пожалуйста определиться с тем, какие силы действуют на ряску в условиях микрогравитации, заставляя её так располагаться - архимедова, поверхностного натяжения или ещё что-то, или комбинация? Как объяснить такое расположение ряски?
Мы предполагаем, что в условиях микрогравитации архимедова сила всё-же действует, хотя и не так сильно, как на Земле.
Однако, один из учителей физики утверждает, что веса в невесомости нет, поэтому архимедова сила не может действовать, и ряска должна "тонуть". Но она не тонет.
Поэтому мы затрудняемся с объяснением и просим помощи.
Вот страница Роскосмоса с листаемыми фотографиями.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Помогите решить / разобраться (Ф)» в форум «Карантин»
по следующим причинам:

- отсутствуют собственные содержательные попытки решения задачи.

Исправьте все Ваши ошибки и сообщите об этом в теме Сообщение в карантине исправлено.
Настоятельно рекомендуется ознакомиться с темами Что такое карантин и что нужно делать, чтобы там оказаться и Правила научного форума.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Карантин» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»

[Gagarin1968]

Я думаю, что в невесомости остаётся только поверхностное натяжение. Но вот создаст ли оно силу, примерно равную архимедовой? А почему нет?

[realeugene]

Gagarin1968 в сообщении #1438043 писал(а):

Но вот создаст ли оно силу, примерно равную архимедовой?

Это не нужно. Достаточно, чтобы ряске было энергетически выгодно собраться на поверхности. Да, причина - поверхностное натяжение.

[Emergency]

Космические эксперименты лучше заранее продумывать, чтобы результаты можно было однозначно интерпретировать.
Если бы было предусмотрено добавление в воду моющего средства (ПАВ), которое позволяет снизить поверхностное натяжение на разделе фаз (вода/воздух), то можно было бы ответить на ваш вопрос точнее.
Но вы и сейчас можете проверить действует ли на ряску поверхностное натяжение или архимедова сила. Для этого надо добавить в воду капельку ПАВ, например, моющего средства Фейри, взболтать раствор с ряской и посмотреть будет ли она всплывать.

[GraNiNi]

AlexKol в сообщении #1438025 писал(а):

Поэтому мы затрудняемся с объяснением и просим помощи.

Листья растений обычно покрыты тончайшим слоем воскоподобых веществ. Эти вещества плохо смачиваются водой.
Наверное замечали, как на листьях вода собирается в отдельные капли - лист и вода стремятся оттолкнуться друг от друга.
При погружении листа в воду они тоже отталкиваются - лист как бы выталкивается из воды и в итоге оказывается на ее границе с воздухом.

[EUgeneUS]

GraNiNi в сообщении #1438062 писал(а):

При погружении листа в воду они тоже отталкиваются - лист как бы выталкивается из воды и в итоге оказывается на ее границе с воздухом

Выталкивается куда?
В условиях невесомости и если лист полностью погружен.

[GraNiNi]

EUgeneUS в сообщении #1438069 писал(а):

Выталкивается куда?

В условиях невесомости - все равно куда - лишь бы уйти из воды.

Лист имеет неправильную форму, да и смачиваемость его различных частей - тоже разная (сверху, снизу), поэтому возникающие силы, действующие на полную поверхность листа не будут идеально скомпенсированы и как результат - лист начнет двигаться в каком-то направлении, пока не окажется на границе раздела фаз - воды и воздуха.

Теоретически, если например в воду погрузить идеальный шарик из парафина, то он не должен никуда двигаться. Но практически всегда на поверхности будут какие-то неоднородности, искажающие величину краевого угла смачивания и в итоге возникнет нескомпенсированная сила, двигающая шарик.

[Toolt]

Ряска - поверхностное растение и практически весь период жизни ее листец находится на поверхности (за исключением достаточно редкой трехдольной ряски, которая часть жизни проводит под водой). Поверхностные растения (в том числе и водные) берут кислород и углекислый газ в основном из воздуха, поэтому ряске добраться до поверхности, к воздуху, жизненно необходимо. Как она чувствует, где поверхность (если нет гравитации силы тяжести)? Возможно измеряет градиент концентрации растворенного кислорода. Каким образом добирается до поверхности (где уже ее будут удерживать силы поверхностного натяжения)? Возможно за счет направленного роста.

[VASILISK11]

Toolt в сообщении #1438084 писал(а):

Как она чувствует, где поверхность (если нет гравитации)? Возможно измеряет градиент концентрации растворенного кислорода. Каким образом добирается до поверхности (где уже ее будут удерживать силы поверхностного натяжения)? Возможно за счет направленного роста.

Пузырьки воздуха тоже, постепенно, соберутся в один пузырь, внутри центра колбы. Так что все может быть гораздо проще.

[Emergency]

EUgeneUS в сообщении #1438069 писал(а):

Выталкивается куда?
В условиях невесомости и если лист полностью погружен.

В условиях невесомости он просто постепенно покрывается пузырьками кислорода, прилипающими к вощеной поверхности растения.

[realeugene]

Toolt в сообщении #1438084 писал(а):

Как она чувствует, где поверхность (если нет гравитации силы тяжести)?

Скорее всего, никак. Просто, микроскопические потоки перемещают её внутри жидкости, пока она не достигает центрального пузыря, где и прилипает к поверхности, так как она вощёная.

[AlexKol]

Emergency в сообщении #1438061 писал(а):

Космические эксперименты лучше заранее продумывать, чтобы результаты можно было однозначно интерпретировать.

Первоначальная версия эксперимента была с возвращением образца ряски на землю, чтобы посмотреть, не будут ли изменения в тканях. Но "ряскозаборник" отклонили. Очень строгий отбор экспериментов, боялись возможности протечки, поэтому сосуд герметичен и не открывается. Сообветственно, и добавить ПАВ нельзя.
Добавил Фейри, листецы ряски всё равно вверху. Но в земных условиях архимедова сила. Конечно, плотность ряски ниже плотности воды.

[Emergency]

AlexKol в сообщении #1438119 писал(а):

Конечно, плотность ряски ниже плотности воды.

Ну да, у нее же внутри пузырек кислорода...