Από το βιβλίο (σελ.442) «ΟΔΗΓΟΣ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ» του Arnold B. Aronsσε μετάφραση και επιστημονική επιμέλεια του Ανδρέα Δ. Βαλαδάκη
Το δοχείο του σχήματος αρχικά περιέχει ομοιόμορφο μείγμα
δύο υγρών διαφορετικής πυκνότητας που δεν διαλύονται το
ένα μέσα στο άλλο (π.χ. νερό με λάδι). Καθώς περνά ο χρόνος,
το υγρό με τη μικρότερη πυκνότητα (λάδι) ξεχωρίζει και συγκεντρώνεται στο λαιμό του δοχείου.
Τρεις φίλοι Α ,Β, Γ διερωτώνται : η ρευστή απορία εδώ.
![]()
Μα δεν ασχολούμαι εγώ με την μεταβατική κατάσταση αλλά το πρόβλημα.
Να μην απαντήσω;
Η κατάσταση με τα υγρά ανακατεμένα ομοιόμορφα δεν είναι μεταβατική;
Τι είναι, κατάσταση ισορροπίας;
Βρες το λάθος μου στην απόδειξη που έστειλα λίγα σχόλια πριν. Αυτήν με το σχήμα.
Που ανακάτεψα χρόνους;
Τι λάθος έκανα;
Αντίθετα εντοπίζω λανθασμένο συλλογισμό που λέει ότι το συνολικό βάρος είναι ίσο με την δύναμη από και προς τον πάτο.
Δεν μπορεί να έχουμε και οι δύο δίκιο.
Αν έχω άδικο, θα έχω άδικο και με τη μπίλια και η δύναμη θα είναι 60g και όχι 51g.
Αν έχω δίκιο με τη μπίλια, θα έχω δίκιο και με πολλές μπίλιες και με την απόδειξή μου.
Αν έχω κάνει λάθος, ποιο είναι;
Λάθη κάνω πολλά. Εδώ ποιο είναι το λάθος;
Επίσης πριν από λίγο ανακάτεψα νερό με λάδι.
Η κατάσταση αποκαταστάθηκε σε περίπου τρία δευτερόλεπτα και όχι σε 4 μήνες.
Γιάννη, σε πόσο χρόνο θα αποκατασταθεί η τελική κατάσταση, εξαρτάται από το ανακάτεμα!!!
Σκέψου λίγο το λαδολέμονο. Αν ξεχωρίσουν σύντομα, δεν είναι πια αυτό που φτιάξαμε, αλλά λάδι και λεμόνι σε διαφορετική φάση…
Όσο για το συλλογισμό σου, να απαντήσω αναλυτικά.
Αν μια μπίλια, από αυτές που ζωγράφισες, έχει πολύ διαφορετική πυκνότητα από το περιβάλλον υγρό, πρέπει να δούμε τι θα γίνει με την κίνησή της.
Λες δέχεται την άνωση. Και; Ηρεμεί ή κινείται; Αν κινείται δέχεται και αντίσταση από το υγρό.
Αλλιώς επιταχύνεται προς τα κάτω (έστω ότι είναι μεγαλύτερης πυκνότητας).
Αλλά και τι μεγέθους «μπίλια» είναι αυτή; Είναι μόριο; Είναι μια περιοχή καθορισμένης φάσης;
Φαντάζεσαι τι δυνάμεις ασκούνται σε ένα μόριο από τα διπλανά του μόρια; Δυνάμεις ηλεκτροστατικής φύσης, απλά λόγω μικρής απόστασης αλλά και δυνάμεις λόγω κρούσης;
Θα τα βάλουμε όλα αυτά στην ίδια συζήτηση;
Το συμπέρασμα που καταλήγεις, θεωρεί ότι έχεις ακίνητα σφαιρίδια, που πέρα από τα βάρος και την άνωση δεν ασκούν και δεν δέχονται άλλες δυνάμεις στο υγρό.
Γι΄αυτό μίλησα για άλλο πρόβλημα…
Τι σχέση έχει ο χρόνος αποκατάστασης;
Που τον ανακάτεψα στην απόδειξή μου;
Τι σχέση έχει το μόριο;
Το στοιχείο ρευστού δεν είναι ταλαντευόμενο μόριο.
Ποιος μίλησε για ακίνητα σφαιρίδια;
Είπα ότι είναι ακίνητα;
Με νοιάζει αν είναι σφαιρίδια ή έχουν άλλο σχήμα;
Κάθε τμηματίδιο του βαρύτερου υγρού δέχεται ή όχι δύναμη όση το βάρος του ελαφρότερου υγρού που θα καταλάμβανε τη θέση του;
Πιστεύω ότι την δέχεται, διότι αν το αντικαθιστούσαμε με ελαφρύ υγρό, το δεύτερο θα ισορροπούσε (απόδειξη Αλεξοπούλεια, μερακλίδικη και χωρίς στήλες και πιέσεις).
Αν λοιπόν δέχεται από το ελαφρύ υγρό τόση δύναμη, τότε του ασκεί ίδια δύναμη. Τις δισεκατομμύρια δυνάμεις τις προσθέτω. Το αποτέλεσμα είναι βάρος ελαφρού υγρού που θα καταλάμβανε τις θέσεις του βαρέος υγρού.
Ούτε επιταχύνσεις ανακατεύω, ούτε χρόνους αποκατάστασης, ούτε ταχύτητες ανόδου, ούτε τίποτα τέτοιο.
Που έκανα λάθος;
Αν η απόδειξή μου είναι σωστή, είναι και όσα είπα. Αν είναι λάθος ποιο είναι αυτό;
Ας κάνω την υπόθεση εργασίας ότι η απόδειξή μου είναι λάθος.
Κάνω άλλη σκέψη:
Το Κ.Μ. του συστήματος των δύο υγρών κατέρχεται. Η συνισταμένη των δυνάμεων που το σύστημα δέχεται είναι προς τα κάτω. Δηλαδή το συνολικό βάρος είναι
μικρότερομεγαλύτερο από τη δύναμη του πάτου.Είναι και αυτή λανθασμένη;
Στο πρώτο σχόλιο ανακατεύεις πολλά… οπότε ας έρθουμε στο δεύτερο.
Το κέντρο μάζας του συστήματος κατέρχεται με επιτάχυνση α=0,0000000001 m/s2, κατά συνέπεια υπάρχει μια διαφορά στη δύναμη του πυθμένα της τάξης του 10-… της δύναμης που θα ασκούσε, αν δεν συνέβαινε κάτι τέτοιο….
Αξίζει να το συζητάμε;
Πριν έρθουμε σ’ αυτό ένα μηχανικό ανάλογο:
Υγρά
Η επιτάχυνση του κέντρου μάζας με μια τέτοια τιμή αντιστοιχεί σε αμελητέα διαφορά πυκνότητας.
Μια διαφορά πυκνότητας της τάξης των 1g/ml και 1,000000001g/ml.
Τότε αξίζει να συζητάμε το οτιδήποτε;
Αν όμως έχουμε υδράργυρο και νερό τότε η επιτάχυνση είναι της τάξης του 9m/s^2.
Αν έχουμε λάδι και νερό τότε είναι της τάξης του 1m/s^2.
Αξίζει τον κόπο;
Προφανώς πάρα πολύ στο υδραργυρόνερο και λιγότερο στο λαδόνερο.
Μπορεί ένα πείραμα στο λαδόνερο να αποτύχει και να μη μετρήσουμε αισθητή διαφορά στον πάτο.
Η συζήτηση περιττεύει τότε;
Το φαινόμενο εξελίσσεται αργά ή γρήγορα. Όμως ο πάτος δέχεται:
Τόση δύναμη όσο θα ζύγιζε ελαφρύ υγρό με όγκο αυτόν του δοχείου.
Διαφωνούμε στο τελευταίο;
Αν ναι τότε που κάνω λάθος στην απόδειξη;
Ακόμα αν η λογική “Ο πάτος κυλινδρικού δοχείο δέχεται δύναμη όσο το βάρος των υγρών που περιέχει” ήταν σωστή, τότε θα ίσχυε και για τον υδράργυρο. Τότε θα το βλέπαμε και στην προσομοίωσή μου.
Σου είπα παραπάνω Γιάννη, πού κατά τη γνώμη μου “κάνεις λάθος” με πολλά εισαγωγικά…
Αν αποκτήσει ταχύτητα το σωματίδιο λαδιού, θα δεχτεί και αντίσταση. Δεν είναι μόνο η άνωση. Και αν ασκηθεί δύναμη αντίστασης στο σωματίδιο προς τα πάνω, θα ασκήσει στο υπόλοιπο υγρό ίσου μέτρου δύναμη προς τα κάτω, πράγμα που θα μεταβάλλει τελικά τη δύναμη που το υγρό θα ασκήσει στη βάση…
Μπορούμε να μιλάμε για άνωση, αλλά όχι για αντίσταση;
Συνεπώς επιταχύνσεις μεγάλες, που θα επέφεραν την τελική ισορροπία σε κάποια δευτερόλεπτα (αυτό καταλαβαίνω όταν προσπαθώ να παρακολουθήσω τη συλλογιστική σου) δεν μπορούμε να έχουμε.
Θα έχουμε μια αργή ζιγκ-ζαγκ μετακίνηση κάθε σωματιδίου η οποία θα καταλήξει σε έναν τελικό διαχωρισμό…
Διονύση στην αρχή της μέτρησης οι επιταχύνσεις είναι σημαντικές αλλά όχι οι ταχύτητες.
Είναι μηδενικές όταν ξεκινάμε. Οι επιταχύνσεις δεν είναι. Ένα σταγονίδιο υδραργύρου δέχεται προς τα κάτω δύναμη όση το βάρος του και προς τα πάνω δύναμη όση το βάρος του νερού που εκτοπίζει.
Δέχεται δηλαδή προς τα κάτω δύναμη ίση με το 92% του βάρους του. Κινείται με επιτάχυνση κάπου 9m/s^2.
Ασκεί δύναμη στο νερό ίση με το 8% του βάρους του. Το νερό επομένως και ο πάτος με τη σειρά του δέχεται δύναμη πολύ μικρότερη.
Αντί να δέχεται το βάρος 1 λίτρου νερού και ενός λίτρου υδραργύρου (14 κιλά) δέχεται δύναμη όση το βάρος 2 λίτρων νερού, δηλαδή 2 κιλά. Διαφορά 12 κιλών!
Όσο κατεβαίνει ο υδράργυρος και ταχύτητα αποκτά και αντιστάσεις αναπτύσσονται και στον πάτο κάθεται.
Η δύναμη του πάτου αυξάνει. Όταν η φασαρία τελειώσει, η δύναμη του πάτου γίνεται ακριβώς όσο το συνολικό βάρος δηλαδή 14 κιλά.
Αρχικές επιταχύνσεις μεγάλες δεν σημαίνει ταχύτητες μεγάλες. Δεν ξέρω ποια θα είναι η χρονική εξέλιξη και πόσο τα ζικ-ζακ θα επηρεάσουν. Στην αρχή τα συστατικά είναι ακίνητα αλλά επιταχύνσεις έχουν.
Όπως και στην μηχανή του Atwood. Στην αρχή μηδενικές είναι οι ταχύτητες αλλά όχι οι επιταχύνσεις.
Η τροχαλία (αμελητέας μάζας-σύνδεσμος) δέχεται δύναμη που διαφέρει από το συνολικό βάρος.
Το θέμα όμως δεν είναι η όποια ποιοτική περιγραφή.
Λάθος που κάνω;
Αν τελειώσουμε με το κυλινδρικό δοχείο, θα δούμε και αυτό που στενεύει. Έχει πρόβλημα πάντως.
Σχεδόν ισορροπίες, σχεδόν ίδια υγρά, τοιχώματα πλαγιαστά…..
Πόσο επηρεάζει κάθε παράγοντας;
Παρέλειψα την εξής περίπτωση:
Τα δύο υγρά αποκτούν οριακές ταχύτητες. Τα τμήματά τους εννοώ. Από αυτήν την στιγμή και πέρα το Κ.Μ. κινείται με σταθερή ταχύτητα και ο πάτος δέχεται δύναμη όσο το συνολικό βάρος.
Αν ονομάσουμε αυτήν την στιγμή μηδέν, τότε η δύναμη στον πάτο είναι συνεχώς σταθερή σε κυλινδρικό δοχείο.
Αυτό μπορεί αν γίνει σε πραγματικά υγρά με διαμοριακές δυνάμεις.
Αν έχουμε νερό και υδράργυρο δεν θα γίνει ποτέ, ακόμα και αν το δοχείο στενεύει θεαματικά προς τα πάνω.
Θα γίνει (ίσως) με νερό και λάδι, από μια στιγμή (αγνοώ ποια) και μετά.
Τι θα συμβεί με νερό και λάδι σε δοχείο που στενεύει θέλει μελέτη.
Μια ακόμα απάντηση στη λογική της ημιστατικής αργής μεταβολής σε κατάσταση ισορροπίας
και η συνέχεια :
Μήτσο αν είναι ημιστατική, δηλαδή αν τα τμήματα του υγρού κινούνται με τις οριακές τους ταχύτητες τότε ισχύει η σχέση:
P=Patm+ρ1.g.h1+ρ.g.h2
Τότε το κλειδί στο πρόβλημα είναι το σχήμα του δοχείου.
Να υποθέσω ότι συμβαίνει αυτό στο λαδόνερο;
Ότι αναφερόμαστε μεταξύ μιας στιγμής που έχουν μηδενισθεί οι επιταχύνσεις και του πέρατος;
Τι θα συμβεί σε ιδανικά υγρά μηδενικού ιξώδους;
Θα πούμε εκεί ότι P=Patm+ρ1.g.h1+ρ.g.h2 ;
Η παραπάνω σχέση αναφέρεται σε υγρά σε ισορροπία, ή έστω σε ημιστατική ισορροπία, μετά την απόκτηση οριακών ταχυτήτων.
Δεν ρωτώ για το υδραργυρόνερο.
Σ’ αυτό δεν θα υπάρξει ημιστατική μεταβολή.
Σ’ αυτό η σχέση δεν ισχύει ούτε κατά προσέγγιση. Η σχέση πέφτει έξω 400% περίπου.
Αγνοώ το πως θα αναμιχθούν ομοιόμορφα υδράργυρος με νερό.
Γιάννη μοντέλα εξετάζουμε …
η εκφώνηση όπως δόθηκε από τον {Παντελή είχε και το λαδόνερο.
Τώρα αν κτυπηθεί και γίνει γαλάκτωμα έχουμε τεράστιο χρόνο κροκίδωσης αλλά θα παρατηρηθούν και μεταβολές όγκου που πρέπει να αγνοήσουμε ωσαν να ήταν αμελητέες ενώ δεν είναι…
Για υδραγυρόνερο με ένα εκτομμύριο σταγονίδια Hg σε 1L νερό που σμίγουν και γίνονται μια στοιβάδα στο πάτο … Τι να σου πω; Δεν ξέρω ούτε να περιγράψω την αρχική κατάσταση … Πάντως έχεις δίκιο …ισορροπία δεν τη λές.
Φαντάζομαι ο γρίφος του Arons δεν στόχευε στην αναγνώριση καταστάσεων δυναμικών … Λείπουν δεδομένα για να εφαρμόσω … “Μπερνουλιές”