Springen naar inhoud

[Vloeistoffysica] Druk raadsel


  • Log in om te kunnen reageren

#1

StrangeQuark

    StrangeQuark


  • >1k berichten
  • 4160 berichten
  • VIP

Geplaatst op 09 januari 2007 - 22:53

Ik had een discussie met een huisgenoot van me en het ging om het volgende.

De discussie begon met het idee dat als je een kamer hebt ergens in de ruimte (dus geen zwaartekracht) en die kamer heeft een vacuum in zich, daar laat je vervolgens een blikje in zweven met daarin lucht onder een bepaalde druk. Op het moment dat je een gaatje maakt in het blikje dan gaat het blikje lucht eruit spuiten en krijg je een jet waardoor het blikje de andere kant op gaat.

Dat is volgens mij kloppend en redelijk overzichtelijk. Maar wat nu als het andersom is.

Je hebt een kamer met daarin lucht, wederom geen zwaartekracht. Daarin laat je een blikje zweven en in dat blikje heerst een vacuum. Op dat moment maak je een gaatje aan de rechterkant (makkelijker voor de discussie) in dat gaat je gaat vervolgens lucht stromen. Wat gebeurt er. Gaat het blikje naar links, rechts of blijft het zweven.

Ik vind het aannemelijk dat er een onderdruk rechts van het blikje ontstaat waardoor het blikje naar rechts beweegt. Maar wat doen de lucht moleculen die tegen de linker kant aan botsen, zorgen die voor een tegenkracht of is het als een boot waar je tegen de zeilen in blaast (volgens mij niet, maar ik herhaal onderdelen van de discussie met mijn huisgenoot) en heeft het geen effect. Speelt bernoulli nog mee?

Hoe dan ook, hier is een schets van het plaatje:
Geplaatste afbeelding

Het lijkt zo'n simpel probleem, en ik durfde niet met zekerheid te zeggen dat het zo is, er schijnt volgens mij huisgenoot elders op internet uitgebreide discussies over te zijn.
De tekst in het hierboven geschreven stukje kan fouten bevatten in: argumentatie, grammatica, spelling, stijl, biologische of scheikundige of natuurkundige of wiskundige feiten kennis. Hiervoor bied StrangeQuark bij voorbaat zijn excuses aan.

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Dirk B

    Dirk B


  • >100 berichten
  • 132 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 09 januari 2007 - 23:11

Zoals ik het zie zal het blikje naar rechts gaan bewegen, want door het gaatje is het krachtenevenwicht verstoord.

#3

StrangeQuark

    StrangeQuark


  • >1k berichten
  • 4160 berichten
  • VIP

Geplaatst op 09 januari 2007 - 23:13

Kan je dat duidelijker verwoorden?
De tekst in het hierboven geschreven stukje kan fouten bevatten in: argumentatie, grammatica, spelling, stijl, biologische of scheikundige of natuurkundige of wiskundige feiten kennis. Hiervoor bied StrangeQuark bij voorbaat zijn excuses aan.

#4

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44845 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 09 januari 2007 - 23:37

Ha, weer eens een lekker intu´tieprobleempje om weer eens stevig mee op de bek te gaan. :)

Er wordt niks gezogen op moleculair niveau: die moleculen komen uit alle richtingen op dat gat afvliegen en vliegen dus ook in alle richtingen dat gat in.
Geplaatste afbeelding
Dat er meer INvliegen dan eruit zoals in een evenwichtssituatie is simpelweg omdat er in het begin in het blik nog geen moleculen zijn om er weer uit te vliegen of al botsend andere moleculen weer naar buiten te biljarten.
Er is dus geen sprake van een gerichte luchtstroom richting de linkse wand. Netto beweegt er iets naar links (de instromende luchtmoleculen) er zal dus ook iets naar rechts moeten. Dat zal hier in eerste instantie het blikje zijn. Daarbij ontstaat echter aan de buitenzijde van de linkse wand ˇˇk een onderdruk.

Al met al lijkt me het effect op de positie van het blikje gering. ZÚÚr gering.

Intu´tie, een heerlijk maar gevaarlijk iets. :?:
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#5

Dirk B

    Dirk B


  • >100 berichten
  • 132 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 09 januari 2007 - 23:49

Kan je dat duidelijker verwoorden?


Wanneer er nog geen gaatje in het blikje zit drukt de luchtdruk aan de buitenzijde van het blikje links en rechts tegen een evengroot oppervlak aan, en druk x oppervlak is kracht.
De kracht naar rechts is dus even groot als die naar links en is er evenwicht.
Op het moment dat je een gaatje boort is er rechts minder oppervlak dan links waar de luchtdruk tegenaan drukt.
De kracht naar rechts is nu groter dan de kracht naar links, en zal het blikje dus beginnen met naar rechts te bewegen.

#6

eendavid

    eendavid


  • >1k berichten
  • 3751 berichten
  • VIP

Geplaatst op 10 januari 2007 - 01:37

Moeilijk vraag. Als we als "gat" de ganse rechterwand nemen zal er geen discussie zijn dat het blikje naar rechts versnelt, tot het botst met de lucht die rechts naar het blikje aan het versnellen is. Dan komt het weer tot stilstand (links was er "onderdruk", tov de versnelde lucht), dat zegt de intu´tie toch.

Bij een kleinere oppervlak geldt iets analoogs. In eerste instantie volgens we Dirk B's argument, en versnelt het blikje naar rechts. Bij impact van de straal wordt het terug vertraagd. Ik ben het niet met Jan eens dat er geen straal zal ontstaan, een fontein werkt bijvoorbeeld op een analoog straalprincipe. Ik ben het er dus wel mee eens dat er "iets" naar rechts moet bewegen als de stroom naar links beweegt. Of het volledig tot stilstand komt durf ik overigens te betwijfelen.

#7

Dirk B

    Dirk B


  • >100 berichten
  • 132 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 10 januari 2007 - 02:35

Hier ben ik het wel een beetje mee eens, als we het probleem op moleculaire schaal gaan beschouwen is de wanddikte van het blikje ineens een dikke muur geworden.
tenzij we dit ook willen theoretiseren tot wanddikte NUL.
Maar als we de wanddikte niet als nul veronderstellen zullen dus veruit de meeste moleculen die binnendringen een maatgevende horizontale snelheidscomponent hebben.

#8

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44845 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 10 januari 2007 - 10:26

een fontein werkt bijvoorbeeld op een analoog straalprincipe

Bij een fontein wordt er een samenhang tussen de deeltjes verondersteld (waterstofbruggen bijvoorbeeld). Dat zie ik bij een gas niet gebeuren. Wil je een straal krijgen, dan zul je volgens mij een relatief lang pijpje op dat gat moeten lassen.
Geplaatste afbeelding
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#9

eendavid

    eendavid


  • >1k berichten
  • 3751 berichten
  • VIP

Geplaatst op 10 januari 2007 - 12:31

laat de straal dan nog meer radiaal diffunderen. je krijgt gas dat van rechts naar links stroomt (met een uitwaaierende straal), en dat zal botsen met de wand. Laat je fietsband leeglopen, en plaats je hand in de buurt van het ventiel (of prik een gat in je band als je geen buisje wil). dan merk je een stroom tegen je hand, een kracht. Dit wordt geabsorbeerd door de lucht er omheen, en diffundert radieel. In een vacuŘm zal er geen remming zijn door omheen liggende licht, dus geraakt de straal veel verder: de snelheid volgens de as blijft dezelfde.

#10

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44845 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 10 januari 2007 - 17:28

In een vacuŘm zal er geen remming zijn door omheen liggende licht, dus geraakt de straal veel verder:

Met die "straal" suggereer je een kracht die moleculen een duwtje naar rechts geeft. Ik zie die kracht niet. Een vacuŘm zuigt niet aan een molecuul. Ik zie wel per saldo moleculen meer naar links dan naar rechts bewegen, omdat er links nog niks is en er dus geen moleculen van links naar rechts k˙nnen bewegen.

Ik zie buiten het blik een chaotische beweging van moleculen, waarbij in stilstaande lucht evenveel moleculen in om het even welke richting vliegen. Eenmaal dˇˇr dat gat zouden diezelfde moleculen ineens hoofdzakelijk een horizontale richting naar links hebben aangenomen (straal)??. Dat wil er bij mij niet in. Geplaatste afbeelding
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#11

eendavid

    eendavid


  • >1k berichten
  • 3751 berichten
  • VIP

Geplaatst op 10 januari 2007 - 18:18

Dit is hoe de gasstroom er ongeveer zal uitzien (IMHO).

Je mag op moleculair niveau denken, maar bedenk ook dat het gat een grote heeft die toestaat dat er vele moleculen doorkunnen. Beschouw bij de start een controlevolume van gas vlak voor het gat. Dat krijgt rechts een (druk)kracht, en link niet, dus gaat er naar links inspuiten.

Hoe dan ook, je was het er zelf toch mee eens dat het gas naar links beweegt? Dan zal het toch ooit met die wand moeten botsen... Je verwacht toch niet dat het gas plotseling in rust komt?

#12

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44845 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 10 januari 2007 - 18:44

Dat krijgt rechts een (druk)kracht, en links niet, dus gaat er naar links inspuiten.

Wijs dan die kracht eens aan. Waarop grijpt die aan? Die kracht is alleen maar de resultante van een heleboel botsingen.

De nozzle in je plaatje is punt ÚÚn al een buisje waar de resultante van de beweging in een buisje al heel sterk overgebracht wordt op al de moleculen afzonderlijk. Ik zie de moleculen eerder zˇ het blik in gaan:
Geplaatste afbeelding
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#13

ghrasp

    ghrasp


  • >250 berichten
  • 413 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 10 januari 2007 - 19:27

De onderdruk ontstaat langs het gehele oppervlak aan de kant waar het gaatje zit, er stroomt ook lucht van de linkerkant van de kamer naar rechts om de ontstane evenwichtsverstoring teniet te doen. Het gebied aan de rechterkant van het blikje ligt op de lijn van deze stroom en er is daar dus een onderdruk tov links. Zolang er lucht door het gat stroomt zal daarom de druk in het gebied rechts van het blikje en dus tegen de rechterbuitenkant lager zijn. De kamer zal ook iets bewegen naar links denk ik hoewel de druk tegen de buitenwanden natuurlijk niet verandert maar op de manier waarop en roeibootje sneller gaat als je naar achteren loopt.

#14

eendavid

    eendavid


  • >1k berichten
  • 3751 berichten
  • VIP

Geplaatst op 10 januari 2007 - 19:37

Geplaatste afbeelding
dat rode controlevolume ondervindt een kracht naar links, en wordt naar binnen geduwd.

Maar zelfs op jouw tekening botsen de moleculen uiteindelijk met de linkerwand... Dus op een gegeven moment begint een kracht de oorspronkelijke versnelling tegen te werken.

#15

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44845 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 10 januari 2007 - 20:04

Geplaatste afbeelding
dat rode controlevolume ondervindt een kracht naar links, en wordt naar binnen geduwd.  

Maar zelfs op jouw tekening botsen de moleculen uiteindelijk met de linkerwand... Dus op een gegeven moment begint een kracht de oorspronkelijke versnelling tegen te werken.

Ik ben het niet eens met dat rode controlevolume. In mijn optiek bestaat er niet zoiets als een "controlevolume", maar slechts een chaos van met alle snelheden en in alle richtingen bewegende moleculen. Omdat de moleculen voor het plotselinge gat niet kunnen botsen met moleculen achter het gat (dat bedoel jij denk ik met de kracht op dat controlevolume, netto botsen er meer moleculen van buiten dan van binnen tegen de moleculen die zich op een bepaald moment ergens voor dat gat bevinden) zullen er per saldo moleculen het gat in vliegen. Hun richtingen zullen dus per saldo, over alle moleculen genomen, een iets grotere richtingscomponent naar links hebben dan ze hadden. Maar dat betekent nog geen straal. Dat betekent hoogstens een beetje minder chaos.

Die moleculen arriveren volgens mij dus niet in een gerichte stoot aan de linkerzijde. Tegen de tijd dat het tweede molecuul tegen de linkerwand botst is de eerste mogelijk alweer teruggestuiterd en met de rechterwand gebotst. Stel dat het eentiende seconde duurt om het blikje te vullen.

http://www.science.u...23/maxwell.html
Geplaatste afbeelding
met snelheden die bij kamertemperatuur uiteenlopen van 0 tot 3000 m/s, met een grote heoveelheid moleculen met een snelheid van 800-1500 m/s, zal in 0,1 s dat eerste binnenvliegende molecuul misschien al wel 1200 keer dat blikje rondgestuiterd zijn. Ik zie dus echt geen straal ontstaan, die, naar ik veronderstel aan de "raadsel"-titel van dit topic, geacht zou worden dat blikje naar links te duwen. Ik geloof er geen fluit van.

De resulterende kracht op het blikje zal dus m.i. weinig anders zijn dan het drukverschil tussen binnen en buiten, vermenigvuldigd met het oppervlak van het gat. Het blikje zal dus naar rechts bewegen. Die beweging doet verder onmiddelijk iets met de drukken tegen de oppervlakten buiten, die links minder zullen worden en rechts weer terug hoger. Iteratief moet zoiets wel uit te rekenen zijn. Als ik dat al zou kunnen zou ik er geen zin in hebben overigens.....
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures