Прилипший к ванне шланг

[Ales]

Renaldas в сообщении #413860 писал(а):

Ну точно прилипает, чем больше напор воды, тем сильнее прилипает. На больших напорах очень ощутимо прилипает, видите же на видео, как по вертикальной стенке "шланг" ползает.

Я проделал то же самое. Кучу воды перевел. И убедился, что действительно шланг прилипает.
А на самом деле, воды много и не надо.
Тот же эффект с прилипанием можно наблюдать и на вертикальной стенке ванной.
При этом хорошо видно, как устроена струя воды: она разлетается по стенке как шляпка гриба или зонтик.

Значит я был не прав. И неправильно описывал процесс.
Хотя то что я описывал, я тоже сейчас реально наблюдал, но это совсем не то, про что спрашивали.

Итак, действительно наблюдается присасывание конца шланга к неподвижной поверхности.

При этом существенно, что конец шланга имеет расширение типа: Т.
Если такого расширения нет, а шланг идет на конус, то присасывания не наблюдается.
Вот это расширение и прижимается к стене.

Причины:
1. эффект Бернулли.

Но раз уж я сперва отверг эффект Бернулли, то мне больше нравится другое объяснение:
2. увлечение вместе со струей воды того воздуха или воды, которые находятся в узком пространстве между струей и расширением шланга, там создается разряжение и шланг прилипает
(правда, может это тот же эффект Бернулли, но с другой стороны).

-- Чт фев 17, 2011 01:27:05 --

Струя должна заполнять все пространство между концом шланга и стеной.
Немного больший зазор, когда появляется узкая зона неподвижного воздуха (воды) менее энергетически выгодна.

-- Чт фев 17, 2011 01:40:24 --

Будет ли тоже явление наблюдаться в случае с воздухом - сомневаюсь.
Мне кажется, что важны высокая плотность и большая кинетическая энергия струи воды.
Воздух, возможно, не будет разлетаться таким плоским зонтиком.

[BISHA]

Ales в сообщении #413879 писал(а):

Будет ли тоже явление наблюдаться в случае с воздухом - сомневаюсь.

Попробуйте!

[Ales]

BISHA в сообщении #414089 писал(а):

Ales в сообщении #413879 писал(а):

Будет ли тоже явление наблюдаться в случае с воздухом - сомневаюсь.

Попробуйте!

Прилипание еще можно проверить, если использовать компрессор для накачки шин.
Но струю воздуха надо подкрашивать дымом, чтобы ее форму посмотреть.
Это уж слишком сложно.

[Gravist]

С воздухом (газом) такого не получится.
Рассматривая эффекты в различных средах, вспоминайте о ламинарных и турбулентных течениях, сжимаемости и несжимаемости, о сжатии и расширении.

[BISHA]

Ales в сообщении #414168 писал(а):

Прилипание еще можно проверить, если использовать компрессор для накачки шин.

Использовать можно электродвигатель от детской игрушки, если на его ось закрепить пропеллер или конус под некоторым углом к оси. У меня получалось.

[druggist]

Ales в сообщении #413879 писал(а):

При этом существенно, что конец шланга имеет расширение типа: Т.
Если такого расширения нет, а шланг идет на конус, то присасывания не наблюдается.
Вот это расширение и прижимается к стене.

Еще можно добавить, что плоскую поверхность этого Т-образного уширения надо выставить достаточно параллельно поверхности стенки и приблизить к ней на достаточно малое расстояние (2-3мм). После этого и наблюдается "прилипание" - срыв в новый устойчивый режим истечения. Скорость "веерного" потока по дну во все стороны от шланга резко увеличивается, толщина этого слоя уменьшается до нескольких мм. Самое интересное, что этот режим истечения достаточно устойчив. В этом можно убедиться слегка подергав за шланг.Безусловно это эффект Бернулли, но какую-то роль должна играть турбулентность, чтобы застабилизировать режим, ясного понимания физики процесса у меня пока нет

P.S.

Да было бы забавно, если бы такая Т-образная втулка ползала по потолку или стенам с вентиллятором внутри для нагнетания воздуха

[Ales]

druggist в сообщении #414461 писал(а):

Безусловно это эффект Бернулли, но какую-то роль должна играть турбулентность, чтобы застабилизировать режим, ясного понимания физики процесса у меня пока нет

P.S.

Да было бы забавно, если бы такая Т-образная втулка ползала по потолку или стенам с вентиллятором внутри для нагнетания воздуха

Я не заметил в струе и зонтике никакой турбулентности, кажется, там все ламинарно течет.

Втулка с вентилятором не сможет так ползать - она будет отталкиваться от стены - закон сохранения импульса.
Шланг не отталкивается, если его не прижимать слишком сильно и он не мешает струе воды разливаться.

Я думаю, что причина присасывания не в эффекте Бернулли, а в разрежении.
Но потом прижимает все же давление - эффект Бернулли
Величину падения давления в струе можно оценить.
Возможно также, эффект Бернулли стабилизирует водяной зонтик, разлетающийся по плоскости.

Положим, давление в шланге атмосферное, разделим его на плотность воды, получим $100$ - "удельное" давление.
Пусть скорость истекания - $3$ метра в секунду. Тогда сумма удельного давления и полуквадрата скорости $100+\frac {3^2} 2 = 105$.
Радиус шланга - $r=4$ мм, толщина зонтика $d =1 - 2$ мм.
Скачек скорости можно вычислить исходя из того, что поток через стенку цилиндра (зонтик) равен потоку через крышку цилиндра (шланг). Площадь стенки цилиндра - $2 \pi r d$, площадь крышки цилиндра -$\pi r^2$. Рост скорости - $\frac r {2d}=1-2$.
То есть скорость либо вообще не меняется, если шляпка 2 мм, или растет в 2 раза если шляпка 1 мм.
Получаем тогда $P+\frac {6^2} 2 = 105$: давление в шляпке зонтика $87$% от атмосферного.

Атмосферное давление 1 кг веса на сантиметр квадратный.
Расширение шланга на конце - 1 мм. Его площадь - 0.3 см кв.
Значит прижимающая сила будет равна: $13$% от $0.3$ кг $= 40$ грамм.

[druggist]

Аналогичный эффект "прилипания" можно легко наблюдать и для воздушной струи. Каждый может проделать этот опыт уже через несколько секунд после прочтения данного сообщения. Возьмите в правую руку катушку из под ниток (можно с нитками), в левую - листок бумаги или открытку. Прислоните плоской поверхностью катушку к листу бумаги желательно как можно более параллельно листу бумаги и подуйте в отверстие катушки. После нескольких попыток лист бумаги "прилипнет" к торцу катушки

[Ales]

druggist в сообщении #414503 писал(а):

Аналогичный эффект "прилипания" можно легко наблюдать и для воздушной струи. Каждый может проделать этот опыт уже через несколько секунд после прочтения данного сообщения. Возьмите в правую руку катушку из под ниток (можно с нитками), в левую - листок бумаги или открытку. Прислоните плоской поверхностью катушку к листу бумаги желательно как можно более параллельно листу бумаги и подуйте в отверстие катушки. После нескольких попыток лист бумаги "прилипнет" к торцу катушки

Прилипнет, если втягивать воздух.

[druggist]

Ales в сообщении #414571 писал(а):

Прилипнет, если втягивать воздух.

Ерунду то зачем писать? Мы же не тривиальную присоску обсуждаем, а интересный неожиданный эффект Бернулли....

[Ales]

Вода в 800 раз плотнее воздуха.
Удельное атмосферное давление в воздухе - 80000, скоростной поезд "Сапсан" едет 100 метров в секунду.
Давление в потоках воздуха вытесняемых поездом может упасть на $\frac {100^2} {2 \cdot 80000} = 6 $%.
Значит на человека стоящего рядом с проходящим поездом может подействовать сила порядка 6% атмосферного давления, площадь поверхности 0.5 м.кв. - сила равна $0.06 \cdot 10^5 \cdot 0.5=3000$Н.
Его ускорение будет порядка $4g$. Четыре веса хватит, чтобы человек просто улетел.

-- Сб фев 19, 2011 11:55:40 --

druggist в сообщении #414572 писал(а):

Ерунду то зачем писать? Мы же не тривиальную присоску обсуждаем, а интересный неожиданный эффект Бернулли....

У меня сначала не получилось с катушкой, вот я так и написал.
Повторный опыт выявил присасывание.

-- Сб фев 19, 2011 12:01:34 --

Можно посчитать скорость воздуха в катушке: выдуваем 1 литр в секунду через отверстие 0.5 кв. см. - в секунду через катушку проходит столбик воздуха длиной 2000 см = 20 м. Скорость 20 метров в секунду. Неплохо, почти как шторм.

[BISHA]

Ales в сообщении #414577 писал(а):

Повторный опыт выявил присасывание.

Одно и то же действие вызывает отталкивание и притяжение. С катушкой классный опыт, сделает любой.

[Ales]

Но воздух в 800 раз легче воды. Квадрат скорости только 50 раз больше.
Отверстие катушки такое же как и у шланга, но Т-образное расширение больше - для вычисления скачка скорости надо брать среднюю скорость по расширению - но она в два раза меньше.
Толщина слоя - это вопрос, чтобы сохранить двукратный рост скорости, примем ее за 0.5 мм.
Падение давления оценим по формуле: $(4-1) \cdot \frac {20^2} {2\cdot 80000} = 0.75$%.
Прижимающее давление 0.75% от атмосферного, но зато площадь расширения больше - 4 см квадр.
Прижимающая сила за счет эффекта Бернулли - 30 граммов веса.

-- Сб фев 19, 2011 13:02:33 --

На этот расчет конечно сильно влияет толщина слоя зонтика воздуха, ее невозможно точно оценить.
Но порядок силы оценить можно - примерно то же самое что и со шлангом, отличие может быть, в несколько раз.

[Ales]

BISHA в сообщении #414585 писал(а):

Одно и то же действие вызывает отталкивание и притяжение. С катушкой классный опыт, сделает любой.

Парадокс, но тем не менее, это реальность.
Опыт с катушкой - отличная идея, присоединяюсь.

[Someone]

Файл - никак. Картинку можно: [img]ссылка_на_картинку[/img].