Вход
Быстрая регистрация
Если вы у нас впервые: О проекте FAQ
1

Как объяснить физический фокус с фонтаном воды, бьющей из трубки?

il63 [87.9K] 7 месяцев назад

"Фокус" демонстрируют так. Берут стеклянную трубку диаметром около 1 см длиной 30 – 40 см. В конце трубка имеет сужение диаметром около 1 мм. Трубку опускают узким концом вниз в стакан с кипятком (80 – 90°C). Когда в трубку войдет вода, закрывают верхнее отверстие пальцем, быстро вынимают ее из воды и переворачивают. Из трубки бьет струя на высоту более метра. Как это объяснить?

1

Разберём по этапам. Вначале трубка (это по сути дела - пипетка) холодная и воздух в ней холодный. Погружаем пипетку с открытым верхним концом в горячую воду. Вода заполняет трубку вровень с уровнем воды в стакане. Верхние слои воды, прогревая пипетку, отдают ей часть своего тепла, и температура верхних слоёв воды становится не очень высокой. Тем не менее, вода продолжает испаряться и образующийся пар создаёт какое-то избыточное давление, но пока верхний конец пипетки открыт, это незаметно. Когда мы затыкаем пальцем верхний конец пипетки, то вода продолжает испаряться, да и оставшийся в верхней части пипетки воздух тоже нагревается. Это приводит к возникновению избыточного давления в газовом пространстве, и оно начинает выдавливать воду из пипетки. (Сам не раз убеждался на опыте, как трудно удержать в пипетке горячий водный раствор, или эфир). В этот момент фокусник переворачивает пипетку. Газовая часть, как и положено, стремится "всплывать" вверх, и более или менее успешно поднимается вверх по пипетке. Но там горячее, поэтому воздушный пузырь нагревается. Теперь в него может испариться большее количество воды, и давление в газовом пузыре начинает расти. Но поскольку давление растёт быстрее, чем поднимается сам пузырь, часть воды выдавливается из пипетки в виде фонтанчика.

система выбрала этот ответ лучшим
il63 [87.9K]
Воздух над горячей водой практически не будет нагреваться. А вот стенки горячей части пипетки после ее переворачивания воздух нагреют! И если пипетку не остудить, то сразу же повторить фокус вряд ли удастся.  7 месяцев назад
комментировать
1

На самом деле водяной пар не должен играть практически никакой роли в этом эксперименте. При комнатной температуре давление паров воды примерно 20 мм рт. ст. - мелочь по сравнению с атмосферным давлением. Конечно, над горячей водой давление больше: при 80°С - 355 мм, а при 90°С - 526 мм! Но это давление в закрытом сосуде, в равновесии с водой. И если бы воду выталкивало через носик трубки давление пара, то нагрев верхней (без носика) части стеклянной трубки должно было бы помочь фонтану. Однако фонтан при этом вообще не работает: верхняя часть трубки должна быть холодной! Тогда что же происходит? Опускаем нижнюю часть трубки (которая с носиком) в кипяток, вода постепенно поднимается в трубке через узкое отверстие до уровня стакана. Испарением с мениска можно пренебречь. Стенки и воздух в верхней части пока холодные. Зажимаем отверстие, вынимаем трубку из стакана и переворачиваем. Что происходит? Если отпустить палец, горячая вода сразу выльется через широкую часть. Но при закрытом широком отверстии происходит другое - горячая вода сравнительно медленно льется по стенкам трубки вниз, нагревая и стенки, и воздух. Именно для того, чтобы вода полилась вниз, трубка должна быть достаточно широкой: с узкой длинной пипеткой получается очень плохо: ее нужно трясти, чтобы часть воды стекла вниз. А дальше всё понятно: нагретый водой и частично стенками воздух под давлением выталкивает оставшуюся в верхней части воду, и она бьет фонтаном. Конечно, воздух не сможет нагреться до температуры воды, но это и не нужно. Если он нагреется всего на 10 градусов, с 20 до 30°С, давление вырастет на 26 мм рт.ст., а если нагреется на 20 градусов - до 40°С, давление вырастет на 52 мм рт.ст., что более чем достаточно для выталкивания воды (такого повышения давления с трудом можно достичь, дуя ртом).

0

Интересный опыт, надо попробовать. По описанию опыта я предложу следующее объяснение данного "фокуса" с фонтаном.

Когда горячая вода в небольшом количество войдет в трубку то над ней (в трубке) образуется пар. Закрыв пальцем конец трубки быстро переворачивая ее мы создаем в трубке под водой избыточное давление (давление насыщенного водяного пара). Именно это давление и заставляет воду вылетит из трубки. Этому способствует и сужение трубки. Думаю, что количество воды должно быть минимальным.

il63 [87.9K]
При 80°С много пара не образуется. В любом случае насыщенный водяной пар в равновесии с водой не может создать никакого давления.  7 месяцев назад
Rafail [89.5K]
Вполне достаточно, 355,3 мм рт. ст. Между прочим, это почти полатмосферы (0,4675 ати), т.е. такое давление способно поднять воду даже на 4,6 м.  7 месяцев назад
il63 [87.9K]
Откуда над горячей водой возьмутся избыточные пол-атмосферы пара? Давление мало будет отличаться от атмосферного.  7 месяцев назад
Rafail [89.5K]
Давление воздуха (абсолютное) было 760 мм рт.ст? Было. Повышение температуры воздуха с 20 до 80 °С (с 293 до 353 К) повысит давление в 353/293=в 1,2 раза, т.е. на 152 мм рт.ст. Вода, нагретая до 80°С даст некоторое количество пара, давление которого (давление насыщенных паров) составит 355,3 мм рт. ст. Сколько стало в сумме? Правильно, 1267,3 мм рт.ст. или 1,72 ата (0,69 ати).  7 месяцев назад
il63 [87.9K]
Когда вода медленно через маленькое отверстие, поднимается в трубке, ее открытую часть пальцем еще не зажимают. Так что давление атмосферное. Оно поднимается после переворачивания трубки. Но воздухе так сильно не успевает нагреться, ведь фонтан бьет сразу. Вообще, было бы интересно поэкспериментировать с такой трубкой. В "методичке" указано, что она после первой демонстрации должна обязательно остыть!  7 месяцев назад
все комментарии (еще 4)
комментировать
Знаете ответ?
Есть интересный вопрос? Задайте его нашему сообществу, у нас наверняка найдется ответ!
Делитесь опытом и знаниями, зарабатывайте награды и репутацию, заводите новых интересных друзей!
Задавайте интересные вопросы, давайте качественные ответы и зарабатывайте деньги. Подробнее..
Быстрая регистрация
OpenID