Разбрызгиватель Фейнмана.

[Doctor Boom]

Баян, но обсуждений на форуме не нашел Собственно, имеется S-образный разбрызгиватель воды, который вращается в направлении, противоположном направлению струй. Спрашивается, в какую сторону будет вращаться этот разбрызгиватель, если его поместить под воду, и настроить на засасывание воды? Сам Фейнман приводит два противоречащих друг другу решения. Первое, что разбрызгиватель поменяет свое направление, и будет вращаться по направлению всасывания. Второе, что он не изменит своего направления, т.к. центробежная сила не изменит своего направления из-за квадратичности по скорости. Он проводил эксперимент, но установка взорвалась (так и не начав вращаться).
Собственно, правильным ответом считается, что разбрызгиватель вращаться не будет, но вот на этом видео он таки вращается по направлению всасывания. Хотя это в воздухе, но в воде в принципе должно быть то же самое. Как это объяснить?

[sergey zhukov]

Doctor Boom
Я лично уверен, что если взять центробежный насос и начать закачивать в него воду с периферии к центру (т.е. в обратном направлении), то ротор начнет вращаться так же в обратном направлении, а равновесие наступит тогда, когда поток воды будет течь к центру радиально без вращения (ротор будет вращаться с соответствующей скоростью). Похожим образом некоторые турбины работают.

Статорные лопатки только нужно из конструкции удалить, чтобы упростить задачу и приблизить ее к примеру Фейнмана.

На этом видео так и происходит, как я вижу.

Но гидродинамика не будет полностью обращена, тут полной симметрии нет. И в более простах случаях ее нет. Скажем, водопроводный вентиль имеет разное гидравлическое сопротивление в зависимости от направления потока.

А какие, кстати, аргументы за то, что не будет вращаться?

[zykov]

Там неверно зависит от того, какое движение воды установится вне трубки.

[wrest]

Насчет спринклера не знаю, но трубка в воде отклоняется в разные стороны в зависимости от направления воды в трубке - это я проверял. При всасывании эффект слабый, но он есть.

[sergey zhukov]

wrest
Что, прямо специально опыт ставили?

[Doctor Boom]

sergey zhukov в сообщении #1575950 писал(а):

А какие, кстати, аргументы за то, что не будет вращаться?

Ну например, вода перед трубкой имеет нулевую скорость, а в начале трубки уже нет, поэтому трубка должна получить импульс обратный направлению всасывания. Но по мере движения воды в трубке она в конце пойдет вниз по общей трубе с нулевой проекцией скорости на горизонтальное направление, а значит, разбрызгиватель должен получить импульс по направлению всасывания, и они друг друга уравновесят. Ну или если взять изменение проекции импульса на направление всасывания, то оно будет равно нулю по вышеописанным соображениям.
Я тут нагуглил на форуме один ответ, почему вращение не должно измениться

pogulyat_vyshel в сообщении #1377558 писал(а):

После прикидывания с помощью теоремы об изменении кинетического момента в системе переменного состава, у меня получилось , что трубка будет вращаться в ту же сторону как если б она разбрызгивала воду, а не засасывала. Реактивная сила квадратична по по относительной скорости так, что ничего удивительного

Что в нем не так?

[wrest]

sergey zhukov в сообщении #1575957 писал(а):

Что, прямо специально опыт ставили?

Да. Ну мне не трудно: у меня вода питьевая в 19л банках, а подается аккумуляторным электрическим диспенсером, так что оставалось только надеть колено на конец трубки.

[sergey zhukov]

Doctor Boom в сообщении #1575958 писал(а):

а значит, разбрызгиватель должен получить импульс по направлению всасывания, и они друг друга уравновесят.

Может, и уравновесят, но трубка-то по условию уже вращается. Она и должна вращаться в этом случае с постоянной скоростью, если нет вращающего момента. Это уже стационарный случай. А вот когда она разгоняется, анализ посложнее будет, там вращающий момент не исключен.

Вообще, по моему, рассматривать радиальное колесо с лопастями проще. Мы легко можем придумать ситуацию, когда поток жидкости в ИСО течет просто радиально к центру, а колесо вращается "вхолостую", не взаимодействуя с потоком. Скорость потока что непосредственно перед входом на колесо, что сразу после входа - одна и та же, кстати.

Doctor Boom в сообщении #1575958 писал(а):

Что в нем не так?

Это объяснение из цитаты (как мне показалось) прямо как из известного анекдота:
- Профессор, вот график последнего эксперимента.
- Замечательно: этот пик указывает на резонанс, а это провал - на абсорбцию. Все согласно теории!
- Э.. Профессор, вы держите график вверх ногами...
- А, в самом деле... Но так еще лучше! Этот провал указывает на фазовый переход, а этот пик - на автокатализ. Превосходно, продолжайте эксперименты!

[Утундрий]

wrest в сообщении #1575954 писал(а):

Насчет спринклера не знаю, но трубка в воде отклоняется в разные стороны в зависимости от направления воды в трубке - это я проверял. При всасывании эффект слабый, но он есть.

Примерно то же получилось, когда я, плюнув, рассчитал эту задачу в одном симуляторе. Полюбовавшись тогда на распределение давления по стенкам трубки я, помнится, решил, что пытаться объяснять это "простыми соображениями" контрпродуктивно.

[sergey zhukov]

Doctor Boom
А, я кажется понял трудность. Поток до и после вертушки имеет нулевой момент импульса, так с какой стати ей вообще даже начинать раскручиваться? Я думаю, что в нестационарном случае даже в теории поток в центре не может иметь нулевой момент импульса. Там должно быть что-то вроде точки с бесконечным ротором.

-- 02.01.2023, 13:28 --

Утундрий
А эффект зависит от вязкости? Если устремлять ее к нулю, он слабеет?

[Утундрий]

sergey zhukov в сообщении #1575964 писал(а):

А эффект зависит от вязкости? Если устремлять ее к нулю, он слабеет?

Ею он целиком и определяется. Так что Эйлер нам тут не товарищ.

[slavav]

Лодка. В лодке труба - короткое горизонтальное колено под водой, в нём насос. Вертикальное колено направлено вниз. При работе насоса вода всасывается и выбрасывается вниз. Лодка не будет двигаться из сохранения импульса - вода до входа в трубу имела нулевую горизонтальную скорость и после выхода тоже.

Центр масс воды в трубе испытывает небольшое горизонтальное смещение в трубе. Из сохранения центра масс лодка будет немного двигаться. Но горизонтальный участок короткий чтобы уменьшить этот эффект - масса воды в горизонтальном колене трубы намного меньше массы лодки.

Если переключить насос наоборот, лодка начнёт двигаться: вода приобретает импульс в горизонтальном направлении, значит лодка движется в обратную сторону.

Пример приведен чтобы убедить всех что гидродинамика не симметрична: всасывающий движитель намного менее эффективен в сравнении с обычным водомётом.

Считаю, что турбинка из задачи Феймана не будет двигаться если тангенциальные участки трубок короткие.

[Toolt]

Doctor Boom в сообщении #1575945 писал(а):

Хотя это в воздухе, но в воде в принципе должно быть то же самое. Как это объяснить?

Спасибо, что подняли эту тему. Да, баян, но на данном форуме этот вопрос был, я его и поднимал. Четкого ответа не было. В воздухе, да экспериментально подтверждено. По-моему, тогдашнее мое объяснение вполне разумно: Если включить вертушку (на воздухе) на всасывание, то перед всасывающими патрубками образуется зона пониженного давления, соответственно разница давлений и приводит трубки в движение. Против такого описания вроде бы никто не выступил. Наверное, это правильно.
В воде это вряд ли будет иметь такой же механизм, в силу несжимаемости жидкости. Поставить бы опыт...

-- 02.01.2023, 23:13 --

slavav в сообщении #1575969 писал(а):

Лодка не будет двигаться из сохранения импульса - вода до входа в трубу имела нулевую горизонтальную скорость и после выхода тоже.

Я как-то хотел поставить такой опыт. Правда проще: отводящую трубку не вниз, а вверх и воду засасывать вакуумным насосом, а не водяным центробежным. Вроде бы, да, исходя из сохранения импульса, лодка двигаться не будет. Но не верится. Интуитивно вроде бы представляешь себе такой кисель: всасываешь его, неужели не будешь двигаться вперед? Может быть будет?

[sergey zhukov]

Toolt
Ну, то что жидкость несжимаема, не отменяет того факта, что давление в разных ее точках может быть разным. Воздух в этой задаче можно с большой точностью тоже считать несжимаемым, т.е. по сути жидкостью. Сжимаемость тут вообще большой роли не играет.

[Toolt]

sergey zhukov в сообщении #1576013 писал(а):

Сжимаемость тут вообще большой роли не играет.

Тогда я что-то совсем не понимаю: тогда за счет чего же при работе пылесоса мусор снаружи перемещается во всасывающий патрубок? Разве не потоком воздуха, происходящим за счет разницы давлений?