Τετάρτη, 30 Σεπτεμβρίου 2009

Ντους και φυσική

Φόρτιση από το ντους

Το ξέρετε ότι την ώρα που κάνετε ντους, το νερό που πέφτει παράγει αρνητικά φορτία και ένα ηλεκτρικό πεδίο μέγιστης δυνατής τιμής 800 volt ανά μέτρο. Παρόμοια πεδία είναι συνήθη κοντά σε καταρράκτες. Αλλά και όταν καθαρίζουν τα μεγάλα . πετρελαιοφόρα με μάνικες που εξαπολύουν νερό με μεγάλη ταχύτητα, το πεδίο μπορεί να φτάσει στην τιμή των 300.000 volt. Πώς παράγεται

ένα τέτοιο πεδίο; Στην περίπτωση των μεγάλων πετρελαιοφόρων, η ερώτηση δεν έχει καθόλου θεωρητικό χαρακτήρα. Αρκεί να αναλογιστούμε πόσες εκρήξεις έχουν συμβεί στα πλοία αυτά την ώρα που τα καθάριζαν.

Απάντηση:

Δεν έχουμε κατανοήσει ακόμη τον ακριβή μηχανισμό με τον οποίο διαχωρίζονται τα φορτία όταν διασκορπι­στεί σε σταγόνες μια ποσότη­τα νερού. Ο Lenard, πάντως, έχει αποδείξει από τον 19ο αιώνα ότι οι μεγαλύτερες σταγόνες φορτίζονται θετικά, ενώ οι μικρότερες αρνητικά. Επειδή όμως οι μεγάλες στα­γόνες κατακάθονται γρηγο­ρότερα από τις μικρές, στον αέρα απομένουν οι αρνητικά φορτισμένες σταγόνες· έτσι, το ηλεκτρικό πεδίο που δη­μιουργείται είναι σημαντικό.


Πηγή:

Jearl Walker,(2001),Το πανηγύρι της φυσικής, Εκδόσεις Κάτοπτρο.


Εδώ μπορείτε να δείτε για 6 διασκεδαστικά λεπτά τη δημιουργία μιας μπαταρίας με τη βοήθεια μερικών δοχείων και νερού, από τον αξιοθαύμαστο Walter Lewin του ΜΙΤ.



Γιατί η κουρτίνα της μπανιέρας μας κολλάει πάντα επάνω μας;

Ένα από τα πιο ενοχλητικά σημεία του πρωϊνού μας μπάνιου είναι η τάση που παρουσιάζει η κουρτίνα της μπανιέρας μας συνεχώς να έρχεται και να κολλάει επάνω μας. Αν και έχουν προταθεί αρκετές ιδέες για να εξηγήσουν το ενοχλητικό αυτό φαινόμενο, μόλις πρόσφατα φαίνεται ότι ότι μπόρεσε κάποιος να ελέγξει με μαθηματικό μοντέλο, τι ακριβώς συμβαίνει.

Η εργασία έγινε από τον David Schmidt, ειδικό σε θέματα προσομοίωσης των sprays, ο οποίος εργάζεται στο τμήμα μηχανικής για βιομηχανικές εφαρμογές του πανεπιστημίου της Massachusetts. Αυτός εφάρμοσε μεθόδους υπολογισμού με computer, που χρησιμοποιούνται στη δυναμική των ρευστών για να εξομοιώσει την πραγματική κατάσταση.

Η γενική άποψη που έχει η φυσική για το θέμα είναι ότι η κουρτίνα κινείται διότι από το εσωτερικό μέρος της κουρτίνας υπάρχει μικρότερη πίεση απ' ότι έξω απ' αυτήν. Το ερώτημα όμως είναι, με ποιο μηχανισμό δημιουργείται αυτή η μικρότερη πίεση.

Ο Schmidt έτρεξε το υπολογιστικό πρόγραμμα εξομοιώνοντας τη ροή του νερού από το ντους για διάρκεια 30 δευτερολέπτων και εξετάζοντας τα αποτελέσματα σε όλη την κουρτίνα την οποία το πρόγραμμα διαιρούσε σε 50.000 τομείς.

Η εξομοίωση έδειξε ότι δύο διαφορετικοί μηχανισμοί συνδυάζονται για να δημιουργήσουν την χαμηλή πίεση.

Ο ένας είναι το γνωστό φαινόμενο Bernoulli σύμφωνα με το οποίο η ταχεία ροή του αέρα συνοδεύεται και από μείωση της πίεσής του. Η ταχεία ροή του αέρα προκαλείται με τη σειρά της κοντά στην κεφαλή της ντουζιέρας από την γρήγορη κίνηση των υδροσταγόνων.

Λιγότερο γνωστό είναι όμως και ένα άλλο φαινόμενο που συμβαίνει, (το φαινόμενο της οδηγούμενης κοιλότητας ) σύμφωνα με το οποίο ένα σύνολο σταθερών στροβίλων δημιουργείται καθώς αέρας σπρώχνεται συνεχώς μέσα σε μια κοιλότητα. Στην περίπτωση του ντους, οι ίδιες οι σταγόνες του νερού σπρώχνουν τον αέρα αρκετά δυνατά και τον οδηγούν να κάνει κυκλικές κινήσεις κι έτσι οι στρόβιλοι αυτοί οδηγούν με τη σειρά τους σε χαμηλές πιέσεις ορισμένων περιοχών.

Το διπλανό σχήμα είναι ακριβώς προϊόν τέτοιων υπολογιστικών εξομοιώσεων και δείχνει πως δημιουργούνται οι στρόβιλοι.

Ο Schmidt λέει ότι ο καθένας μπορεί να παρακολουθήσει τον σχηματισμό των στροβίλων αρκεί ν' ανοίξει το ντους και να φυσήξει καπνό στο εσωτερικό μέρος της κουρτίνας από την επάνω πλευρά της.

Πηγή: physics4u


Δεν υπάρχουν σχόλια: