![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
Физико-географический опорос
Дорогие коллеги, согласно сведениям,имеющимся у Вас СЕЙЧАС, когда Вы читаете вопросы, без дополнительного иследования (в том числе без использования Гугля), и сложившися у Вас представлениям:
1. Верно ли, что вода, вытекающая из ванны (раковины) всегда (или как правило) закручивается с Северном полушарии в одну и ту же сторону, независимо от раковины? В какую?
2. Верно, ли, что в Южном полушарии в другую? Что происходит на корабле, пересекоющем экватор?
3. Выберите слово, более ассоциирующееся (по физической сути явления) с закручиванием воронки в ванной:
(а) балерина (б) торнадо. Кратко поясните Ваш выбор.
Комменты пока скринятся.
Update: (то, что я принимаю за) Решение задачи
Если вы хотите еще подумать - не читайте то, что ниже, если хотите прочитать - увеличьте шрифт в браузере.
Во многих популярных книжках и даже школьных учебниках физики утверждается, что вода закручивается за счет силы Кориолиса - той самой, которая обеспечивает подмыв реками в Северном полушарии правого берега (а в Южном левого), образует циклоны и антициклоны и т.п. (я также имел в виду торнадо, но в этом появились сомнения).
Однако, согласно справочнику, ускорение Кориолиса, приобретаемое частицей, движущися вдоль радиуса вращающегося диска (в нашем случае - на полюсе Земли) равно 2(WV) (удвоенное произведение угловой скорости диска на скорость частицы относительно диска; произведение векторное). Это максимальная величина, не на полюсе он будет меньше.
Считаем: угловая скорость Земли примерно 1/1 сутки = 1/(100000 сек) = 10^(-5) сек^(-1). Скорость стока воды - нас интересует только радиальная скорость, с которой частицы приближаются к отверстию - не превышает 10^(-1) м/сек. Итого ускорение 10^(-6) м/сек^2. При типичном радиусе ванны 1 метр получаем время стока 10 сек, а стало быть набранную линейную скорость к концу пути 1/100000 м/сек, смещение 1/20000 метра (1/20 микрона).
Между тем вода в ванне обладает огромной инерцией (большая масса воды, которая сначала медленно вращается из-за нецентрального положения крана) и крайне низким трением. Что происходит дальше? Два эффекта:
1. По мере ухода воды все все меньше воды заполняет верхнюю самую широкую часть ванной, а нижняя узкая остается до поры до времени неизменной. Это выглядит так, как прием, которым балерина, разводя и сводя руки - меняет скорость своего вращения - радиус вращающегося вещества уменьшается, а момент остается неизменным (точнее, уменьшается медленнее).
2. Гораздо более важный, но менее очевидный эффект: отдельные частицы, перед тем как уйти в отверстие, сильно разгоняются (тот же эффект балерины), но из-за жидкого трения тормозатся об соседние (внешние) слои и разгоняют их. Иными словами, перед тем как уйти в слив, объем воды передает остальной воде часть своего момента импульса. Поэтому ВОДА В ЦЕЛОМ быстро разгоняется, так что скорость вращения может достигать скоростей, во много раз больших, чем линейная скорость схода воды.
Мнимый контрпример: говорят, что если раскрутить воду в обратную сторону, она все равно восстановит привычное для ванны направление. По-видимому, это связано с тем, что удается закрутить малый объем (хотя и быстро), а бОльшая часть воды продолжает крутиться в "привычную" сторону, хотя и незаметно.
Говорят (я сам не проверял), что если выждать много часов до полного успокоения вращения и аккуратно вынуть пробку - воронка вообще не образуется.
По-видимому, в самый послединй момент (когда воды осталось совсем мало) эффекты трения воды о стенки ванной начинают играть решающую роль, и направление вращения может измениться на обратное за счет неровности слива. В обычной ситуации неровность слива роли не играет (это вторая неверная гипотеза, наряду с Кориолисом).
1. Верно ли, что вода, вытекающая из ванны (раковины) всегда (или как правило) закручивается с Северном полушарии в одну и ту же сторону, независимо от раковины? В какую?
2. Верно, ли, что в Южном полушарии в другую? Что происходит на корабле, пересекоющем экватор?
3. Выберите слово, более ассоциирующееся (по физической сути явления) с закручиванием воронки в ванной:
(а) балерина (б) торнадо. Кратко поясните Ваш выбор.
Update: (то, что я принимаю за) Решение задачи
Если вы хотите еще подумать - не читайте то, что ниже, если хотите прочитать - увеличьте шрифт в браузере.
Во многих популярных книжках и даже школьных учебниках физики утверждается, что вода закручивается за счет силы Кориолиса - той самой, которая обеспечивает подмыв реками в Северном полушарии правого берега (а в Южном левого), образует циклоны и антициклоны и т.п. (я также имел в виду торнадо, но в этом появились сомнения).
Однако, согласно справочнику, ускорение Кориолиса, приобретаемое частицей, движущися вдоль радиуса вращающегося диска (в нашем случае - на полюсе Земли) равно 2(WV) (удвоенное произведение угловой скорости диска на скорость частицы относительно диска; произведение векторное). Это максимальная величина, не на полюсе он будет меньше.
Считаем: угловая скорость Земли примерно 1/1 сутки = 1/(100000 сек) = 10^(-5) сек^(-1). Скорость стока воды - нас интересует только радиальная скорость, с которой частицы приближаются к отверстию - не превышает 10^(-1) м/сек. Итого ускорение 10^(-6) м/сек^2. При типичном радиусе ванны 1 метр получаем время стока 10 сек, а стало быть набранную линейную скорость к концу пути 1/100000 м/сек, смещение 1/20000 метра (1/20 микрона).
Между тем вода в ванне обладает огромной инерцией (большая масса воды, которая сначала медленно вращается из-за нецентрального положения крана) и крайне низким трением. Что происходит дальше? Два эффекта:
1. По мере ухода воды все все меньше воды заполняет верхнюю самую широкую часть ванной, а нижняя узкая остается до поры до времени неизменной. Это выглядит так, как прием, которым балерина, разводя и сводя руки - меняет скорость своего вращения - радиус вращающегося вещества уменьшается, а момент остается неизменным (точнее, уменьшается медленнее).
2. Гораздо более важный, но менее очевидный эффект: отдельные частицы, перед тем как уйти в отверстие, сильно разгоняются (тот же эффект балерины), но из-за жидкого трения тормозатся об соседние (внешние) слои и разгоняют их. Иными словами, перед тем как уйти в слив, объем воды передает остальной воде часть своего момента импульса. Поэтому ВОДА В ЦЕЛОМ быстро разгоняется, так что скорость вращения может достигать скоростей, во много раз больших, чем линейная скорость схода воды.
Мнимый контрпример: говорят, что если раскрутить воду в обратную сторону, она все равно восстановит привычное для ванны направление. По-видимому, это связано с тем, что удается закрутить малый объем (хотя и быстро), а бОльшая часть воды продолжает крутиться в "привычную" сторону, хотя и незаметно.
Говорят (я сам не проверял), что если выждать много часов до полного успокоения вращения и аккуратно вынуть пробку - воронка вообще не образуется.
По-видимому, в самый послединй момент (когда воды осталось совсем мало) эффекты трения воды о стенки ванной начинают играть решающую роль, и направление вращения может измениться на обратное за счет неровности слива. В обычной ситуации неровность слива роли не играет (это вторая неверная гипотеза, наряду с Кориолисом).
no subject
Кстати, рассчитывать я этого и до сих пор не имею: там есть а) мениск, б) динамика диффузии воздуха В воду через мениск и испарения её в "пустое" пространство у дна стакана ИЗ воды, соответственно расчет этого пустого пространства, и, в случае бумаги, её искривление (поэтому пластинка лучше).
детство, детство ты куда летишь ? :-)
училкаклассручкапреподавательница, это уже элементы демократии прокрадывались в сферу образования], это по сути был произвол и беспредел !Ну да ... Вот, с тех пор призрак этой загадки меня и преследовал, но близко не подускал [а я же физик по специальности, коллега], и лишь благодаря ЖЖ и конкретно пользователю
страшные тайны
Но есть ещё загадки мироздания. Вот в новосибирской олимпиаде как-то спросили, почему костяшка счётов, закрученная, лезет вверх по проволоке. Я так и не знаю. И более того, я не могу толком объяснить, почему переворачивается знаменитый волчок типа полусфера на ножке, хотя ясно, что без трения он не перевернётся. И хуже того! Я не смог написать ничего дельного, когда задумался, как работает безмоторный холодильник (типа "Морозко", конденсационный).
Re: страшные тайны
Насчет костяшки, волчка и холодильника я с полной уверенностью могу заявить только одно: ммматерия перррвична !! Ну, то есть, наверняка можно, но мне слабо, пожалуй.
no subject
Собственно, как раз бумажку-то на платинку менять не надо, и тогда все станет ясно: ПРИ ДАННОМ ПРОГИБЕ (и соотвествующем ему объеме газа вверху) сумма сил на бумажку равна 0! Значит, давление газа наверху столба равно 1 атм - 10 см водного столба, итого примерно 0.99 атм (если пренебречь поверхностным натяжением). С пластинкой сложнее - теоретически, давление может быть и меньше, тогда она будет сильно прижата к стакану (это возможно, если с момента начала эксперимента происходило охлаждение газа и особенно конденсация пара из пузыря). Но в обычных условиях, из того что пластинка и бумажка находятся в равновесии - следует, что на их отрыв нужна НУЛЕВАЯ сила.
Сделаем вместо бумажки/пластинки поршень глубиной хотя бы в 1 см (для цилиндра размером в стакан) - и его выдернуть будет уже страшно тяжело. Т.е. суть проблемы в том, что эту задачу выдают за статическую, а она (газо)динамическая.
no subject
Ну нет, конечно, потому что при отрыве будет происходит изменение мениска ( в случае пластинки) и мб газового баланса (но я не знаю скорости диффузии, так что может и нет), т.е. отрыв не мгновенен. Там наверняка сначала возрастающая функция вертикального сдвига, которая проходит через пик, вот там-то и происходит отрыв.
no subject
Не в ту ветку написал: