О стаканах и мыльных пузырях№ 1
Большой Грызь

Мыл я недавно посуду и один из стаканов случайно затянулся мыльной плёнкой. "Интересно.." - подумал я: "А если этот стакан поставить в кастрюлю с кипящей водой..."
Сказано - сделано. Вскипятил кастрюлю с водой и опустил в неё стакан с мыльной плёнкой. Воздух в стакане нагрелся и, естественно, расширился. А мыльная плёнка превратилась в некое подобие мыльного пузыря, расширившегося до определённой высоты. Пусть эта высота будет Х (икс). Как на картинке слева:



А вопрос, собственно, вот в чём. Если взять стакан с ровно в два раза бОльшим диаметром. И опустить его в кастрюлю с такой же кипящей водой. На какую высоту поднимется пузырь?
 Only those who attempt the absurd will achieve the impossible.. (Escher)
[ 20-11-06, Пнд, 09:33:27 Отредактировано: Большой Грызь ]
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 2
Willy

~4x?
 
[ 21-11-06, Втр, 11:48:28 Отредактировано: Willy ]
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 3
Большой Грызь

Не.. не 4 явно Даже эмпирическим путём - не в 4
 Only those who attempt the absurd will achieve the impossible.. (Escher)
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 4
Сергуня

Есть подозрение, что в 2
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 5
Большой Грызь

Тоже нет
 Only those who attempt the absurd will achieve the impossible.. (Escher)
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 6
Лю Ци

Число Пи присутствует в ответе?
 Ёрничество - это последний выход для потерявших вход
Ю. Хейфец.

Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 7
Krasnaja Shapka

есть подозрение, чего там только не присутствует... тем более 3*pi/pi - это присутствие пи или нет?
 Если ясность вашего объяснения исключает ложное толкование, все равно кто-то поймет вас неправильно.
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 8
Большой Грызь

Если не учитывать то, что поверхностное натяжение пузыря больше в случае с более узким стаканом, а следовательно пузырь сильнее сопротивляется расширению воздуха, то pi в моем ответе нету
Кстати, на мой взгляд, поверхностное натяжение хоть и вносит свою лепту в разницу между высотой пузырей, но настолько мизерную, что ею можно пренебречь.
 Only those who attempt the absurd will achieve the impossible.. (Escher)
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 9
Паша

Интуитивное ощущение, что высота останется прежней. Потом подумаю...
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 10
Большой Грызь

Вот я тоже так думал
Ан нет, отличается.
 Only those who attempt the absurd will achieve the impossible.. (Escher)
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 11
Blackhawk

Красивая задачка. Есть два основных момента в её решении.
Первый. При условии, что температуры одинаковы и переходные процессы закончились, а также в допущении, что объём под плёнкой изменяется несущественно, мы приходим к выводу, что давление под плёнкой одинаково в обоих сосудах.
Второй. Для плёнок, образованных поверхностным натяжением, давление внутри объёма обратно пропорционально радиусу плёнки и прямо пропорционально коэфициенту поверхностного натяжения. Значит, самое главное, в обоих сосудах, при приблизительном равенстве давлений,плёнки образуют сферическую поверхность одинакового радиуса.
Далее - задачка для 8-го класса советской школы.
Хорды 2*r-в первом сосуде и 4*r- во втором ( r - радиус сосуда), отсекают участок радиуса R - радиус сферической поверхности плёнки. Этот искомый участок X = R - SQRT ( R2-r2) или несколько в другом виде X=R*(1-SQRT(1-r2/R2)).Где SQRT - операция извлечения квадратного корня. Для первого сосуда X1=R*(1-SQRT(1-r2/R2)),а для второго
X2=R*(1-SQRT(1-4*r2/R2)).
Очевидно, что во втором сосуде искомая величина больше.
Более точные расчёты можно привести, если учесть, что объём все-таки изменяется и давление будет несколько меньше во втором сосуде, следовательно и радиус плёнки будет несколько больше, но принципиально это допущение на результат не влияет.
 " Можно уйти в тайгу и жить молитвами. Но там,б..дь,нет Интернета " Юрий Бригадир
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 12
Willy

Blackhawk, я сам вначале такое решение предложил, но мы тут с БГ пообсуждали в привате и пришли к выводу, что вроде поверхностное натяжение в данной задачке несущественно. Действительно давление поверхностного натяжения p = 2sigma/R, поскольку для воды sigma = 70 Dn/cm, то даже при очень маленьком радиусе R = 1 cm получается p = 70 Dn/cm^2 = 7E-5 atm, что пренебрежимо мало по сравнению с атмосферным давлением. Так что поверхностное натяжение обеспечивает лишь очень малую разность давлений под и над куполом пленки. Правильное решение другое.
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 13
Blackhawk

Стоп, Вилли ! Под плёнкой у нас расширяющиеся от нагрева газ - воздух и избыточное давление связано с его температурой. Вспомни, давление*объём/температура.
 " Можно уйти в тайгу и жить молитвами. Но там,б..дь,нет Интернета " Юрий Бригадир
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 14
Willy

Автор: Blackhawk
Дата : 27-11-06, Пнд, 15:29:37

Стоп, Вилли ! Под плёнкой у нас расширяющиеся от нагрева газ - воздух и избыточное давление связано с его температурой. Вспомни, давление*объём/температура.


Правильно, но давление атмосферное и постоянное, а давление поверхностного натяжения при рассмотрении несущественно. Я сам написал вначалве те же формулы, что и ты и получил в приближении маленького сегмента что высота увеличится в 4 раза, но это неверно.

Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 15
Большой Грызь

Вот так-то, господа физики
А всего-то: стакан, мыльная вода, кастрюля с кипятком...
 Only those who attempt the absurd will achieve the impossible.. (Escher)
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 16
Blackhawk

По моим расчётам, относительное увеличение высоты ( X2-X1)/X1, где Х2 - высота во втором сосуде,Х1 - в первом , достигает максимума в 1.1547 раза при соотношении квадратов радиусов сосуда r и сферической поверхности R равному 0.5 ( r/R = 0.707 ).
То есть если Х1=1, то Х2 = 2.1547 , а никак не 4.0 !
 " Можно уйти в тайгу и жить молитвами. Но там,б..дь,нет Интернета " Юрий Бригадир
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 17
Большой Грызь

Эксперимент!!

Эксперимент показал, что разница была где-то между один с четвертью и один с третью. Но никак не в два раза.. И уж тем более не в четыре.
 Only those who attempt the absurd will achieve the impossible.. (Escher)
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 18
Blackhawk

А вот слова "эксперимент" всуе не надо было употреблять !
1. Равенство температур ?
2. Стабилизация процессов нагрева ?
3. Идентичность концентрации мыльного раствора?
4. Точное соотношение радиусов сосудов?
5. Точность измерений искомой величины ( пачкой сигарет ? ) ?
6. Стабильность сферической формы ?
Грызь! Я думал у тебя есть теоретический ответ!
 " Можно уйти в тайгу и жить молитвами. Но там,б..дь,нет Интернета " Юрий Бригадир
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 19
Большой Грызь

1. разве у кипящей воды может быть разная температура в условиях одной комнаты?
2. а какая разница, как оно нагревалось? Я подливал кипяток. На каком-то этапе пузырь перестал расти.
3. раствор из одной банки. Я просто окунал чашку вниз головой в раствор - получалась плёнка.
4. а неточное не устраивает? Если не в два раза, а в 1.9 раза, то это даст 2.15 вместо 1.2-1.3 в данной задаче? Ой ли.. Не говоря уже о том, что линейкой диаметр меряется легко.
5. той же линейкой прислонённой к стенке кастрюли. Можно спутать 1.2 с 1.3, но уж с 2.15 - никак
6. А?

А теоретический ответ.. Вот у вас он есть? Пока к консенсусу не пришли, вроде бы. А у меня откуда ему взяться? Из раковины с посудой?
 Only those who attempt the absurd will achieve the impossible.. (Escher)
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 20
Willy



Автор: Blackhawk
Дата : 28-11-06, Втр, 11:34:43

По моим расчётам, относительное увеличение высоты ( X2-X1)/X1, где Х2 - высота во втором сосуде,Х1 - в первом , достигает максимума в 1.1547 раза при соотношении квадратов радиусов сосуда r и сферической поверхности R равному 0.5 ( r/R = 0.707 ).
То есть если Х1=1, то Х2 = 2.1547 , а никак не 4.0 !


Если r^2/R^2 = 0.5, то из твоей формулы X2=R*(1-SQRT(1-4*r^2/R^2)) получается, что X2 - комплексно, не может быть такого, где-то ошибка. Но дело не в этоих деталях, а в том, что давление поверхностного натяжения на 4 порядка меньше атмосферы и следовательно не играет в данной задачке никакой роли.
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 21
Лю Ци

Я вас читаю, как Шекспира..
 Ёрничество - это последний выход для потерявших вход
Ю. Хейфец.

Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 22
Паша

Облом выводить формулу отрезанного плоскостью от круга кусочка. Надо просто посчитать восколько уменьшиться высота пузыря, если его объём (над кастрюлей) уменьшится в два раза Ну и потом умножить получившуюся цифру ровно на два. И это в том случае, если кастрюля достаточно глубокая.
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 23
Willy

Автор: Паша
Дата : 18-12-06, Пнд, 12:12:25

Облом выводить формулу отрезанного плоскостью от круга кусочка. Надо просто посчитать восколько уменьшиться высота пузыря, если его объём (над кастрюлей) уменьшится в два раза Ну и потом умножить получившуюся цифру ровно на два. И это в том случае, если кастрюля достаточно глубокая.


А ты в гугле набери объем шарового сегмента - получишь формулу. Правда с ней тоже возиться надо, у меня сил не хватило.

Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 24
Паша

Воспользовался советом Вилли. Итого - высота увеличится примерно в 1.4 раза (это был корень из двух), если она изначально была сильно меньше, чем 3*R.
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 25
Большой Грызь

Вот это уже ближе к делу
 Only those who attempt the absurd will achieve the impossible.. (Escher)
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 26
Willy

Автор: Паша
Дата : 11-01-07, Чтв, 17:42:35

Воспользовался советом Вилли. Итого - высота увеличится примерно в 1.4 раза (это был корень из двух), если она изначально была сильно меньше, чем 3*R.


1.4 или корень из двух пожалуй перебор, я тут чуть поколдовал с формулами и получил приближенный ответ X1=X[1 + (X/D)^2], где D - диаметр стакана, справедливый в приближении X<<D. Скажем если как сообщил мне БГ X/D=1/3, то высота увеличится примерно на 10% или в 1.1 раза.
Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 27
Willy

Автор: Паша
Дата : 18-12-06, Пнд, 12:12:25

Облом выводить формулу отрезанного плоскостью от круга кусочка. Надо просто посчитать восколько уменьшиться высота пузыря, если его объём (над кастрюлей) уменьшится в два раза Ну и потом умножить получившуюся цифру ровно на два. И это в том случае, если кастрюля достаточно глубокая.


Почему в два раза, а не в 4? Если диаметр стакана увеличивается вдвое, то объем в 4 раза.

Профиль 

О стаканах и мыльных пузырях№ 28
Паша

Вилли, идея примерно такая: Предсавь, что вся конаструкция увеличилась в два раза. Теперь переформулируем задачу. Насколько уменьшится высота пузыря, если кастрюля станет в два раза менее глубокой. Теперь, учитывая что глубина кастрюли сильно больше высоты пузыря, ты сразу приходишь к моему решению. Так что ищи ошибку в своём решении...
Профиль 


Вы не зарегистрированы либо не вошли в портал!!!
Регистрация или вход в портал - в главном меню.



 Просмотров:   008170    Постингов:   000028