Ξανά το νερό στη δεξαμενή.

Καλημέρα συνάδελφοι.

Έχω την αίσθηση ότι το χάσαμε το θέμα. Δημιουργήθηκε μια «διάχυση» του ιδανικού ρευστού μέσα σε ένα μεγάλο δοχείο, με ταυτόχρονη δημιουργία στροβίλων και  δημιουργία μιας «τυρβώδους κατάστασης», όπου ξεχάσαμε μάλλον ποιο είναι το θέμα μας.

Θα μου επιτρέψετε λοιπόν να κάνω μια προσπάθεια …επαναφοράς, μεταφέροντας αρχικά εδώ, μια τοποθέτησή μου, στην παλιότερη συζήτηση, που έδωσα παραπάνω

«Το ιδανικό ρευστό, υπάρχει; Προφανώς όχι.

Είναι ένα μοντέλο, ένα πρότυπο, στο οποίο αποδίδουμε ορισμένες ιδιότητες (ασυμπίεστα ρευστά που δεν παρουσιάζουν ούτε εσωτερικές τριβές, ούτε τριβές με τα τοιχώματα του σωλήνα στον οποίο ρέουν). Τέτοια ρευστά χαρακτηρίζονται ως ιδανικά και μας επιτρέπεται να εφαρμόζουμε γι’ αυτά τη θεωρία για ρευματικές γραμμές, για φλέβες ή την εξίσωση Bernoulli.

Δεν είναι πρώτη φορά, που στη φυσική διδάσκουμε και ασχολούμαστε με πρότυπα!!! Σκεφτείτε το ιδανικό αέριο ή το ιδανικό ελατήριο ή τον απλό αρμονικό ταλαντωτή ή το αρμονικό κύμα ή το σωληνοειδές απείρου μήκους… Αλλά μήπως ελεύθερη πτώση, είναι η πτώση του μήλου; Mήπως υπάρχουν λεία οριζόντια επίπεδα; Ή μήπως ισχύει η ΑΔΜΕ στα συστήματα που την εφαρμόζουμε στο σχολείο;

Γιατί λοιπόν όταν δημοσιεύεται μια άσκηση ελεύθερης πτώσης, δεν επεμβαίνει κάποιος να θυμίσει την αντίσταση του αέρα και την οριακή ταχύτητα, οπότε να πάψουμε να ασχολούμαστε με την «ελεύθερη πτώση» και να μελετήσουμε την «πραγματική κίνηση», ενώ στα ρευστά πρέπει να συζητάμε για τον αριθμό Reynolds;

Όταν μελετώ ιδανικό ρευστό, έχει νόημα να μιλάω για ιξώδες ή για αριθμό Reynolds; Για μένα όχι. Δεν έχει ιξώδες το ιδανικό ρευστό, ούτε υπάρχει περίπτωση μια μόνιμη και στρωτή ροή να μετατραπεί σε τυρβώδη. Αν είναι κάποια στιγμή στρωτή θα είναι για πάντα και αν είναι τυρβώδης θα συνεχίσει να είναι τέτοια (αλλά στην περίπτωση αυτή δεν πρόκειται να μελετήσω μια τέτοια ροή…).

Γιατί την διδάσκουμε; Για τους ίδιους λόγους που διδάσκουμε όλα τα μοντέλα. Φαντάζεστε να με ρωτάει κάποιος πώς μπορεί να έχω ένα ιδανικό ελατήριο και ποια η μάζα του ή πώς μπορεί να υπάρχει ελατήριο με μηδενική μάζα;

Το ιξώδες και ο αριθμός Reynolds, μπαίνουν στη συζήτηση όταν μελετάμε τα πραγματικά ρευστά, όπου υπάρχουν εσωτερικές τριβές και όπου εξαιτίας τους, ακόμη και μια ροή που αρχικά μπορεί να είναι στρωτή μπορεί να μετατραπεί σε τυρβώδη με το πέρασμα του χρόνου ή που η ταχύτητα ροής θα καθορίσει το αν η ροή είναι στρωτή ή τυρβώδης. Εδώ αποκτά ουσιαστική αξία η διερεύνηση για την ύπαρξη ή όχι ρευματικής γραμμής, για την ύπαρξη ή όχι φλέβας, αφού σε μια τυρβώδη ροή, όλα αυτά καταστρέφονται.

Μια σοβαρή αντίρρηση, την οποία θα μπορούσα να αποδεχτώ και να συζητήσω είναι η εξής:

Αφού το ιδανικό ρευστό δεν υπάρχει, γιατί αναρτάς ασκήσεις μιλώντας για σωλήνες που ρέει νερό και δεν περιορίζεσαι στις ροές «ιδανικού ρευστού»;

Το κάνω συνειδητά, όπως συνειδητά διδάσκω στη Θερμοδυναμική, για δοχεία που περιέχουν οξυγόνο, άζωτο ή αέρα, ονομάζοντάς τα «ιδανικό αέριο». Δεν μπορούμε στη διδασκαλία μας να μην δίνουμε «εικόνες» πραγματικού ρευστού στα παιδιά, μιλώντας για «ανύπαρκτα» πράγματα.

Μιλάμε για αέρα, έτσι θα μιλήσουμε και για το νερό και όταν έρθει η στιγμή να διδαχτούν και τα πραγματικά ρευστά (προφανώς στα Πανεπιστήμια ή στα Πολυτεχνεία) θα διδαχτούν και θα μάθουν, κάτω από ποιες προϋποθέσεις μια ροή νερού σε ένα σωλήνα, προσεγγίζει την κατάσταση που μελετάμε ως «ιδανικό ρευστό». Και μην βιαστεί κάποιος να κατηγορήσει τις εξετάσεις, οι οποίες δεν μας επιτρέπουν …. κλπ, κλπ.

Δεν είναι δυνατόν οι Ηαlliday-Resnick σε Πανεπιστημιακή φυσική, να μην κάνουν ούτε καν νύξη σε πραγματικό ρευστό, στο Α΄ έτος του Φυσικού να διδάσκεται η σειρά Serway, όπου υπάρχει μόνο μια παράγραφος αφιερωμένη στο ιξώδες (όπως και το σχολικό βιβλίο) και εμείς εδώ, να αναρτούμε ασκήσεις για παιδιά, που να εμπλέκεται όλη η θεωρία των ρευστών, όπως μπορεί να διδάσκεται σε προχωρημένα θεωρητικά μαθήματα Φυσικής ή όπως διδάσκεται σε εξειδικευμένα μαθήματα Πολυτεχνείου για Μηχανολόγους ή για Ναυπηγούς…»

Αυτά είχα γράψει το Σεπτέμβρη του 2015, αλλά μάλλον τα ίδια θα έγραφα και σήμερα.

Οπότε δεν μένει παρά να κάνω μια προσπάθεια…επαναφοράς

Καλημέρα Γιάννη. Στο προηγούμενο σχόλιό μου (το παλιό…) το εξήγησα:

"Αφού το ιδανικό ρευστό δεν υπάρχει, γιατί αναρτάς ασκήσεις μιλώντας για σωλήνες που ρέει νερό και δεν περιορίζεσαι στις ροές «ιδανικού ρευστού»;

Το κάνω συνειδητά, όπως συνειδητά διδάσκω στη Θερμοδυναμική, για δοχεία που περιέχουν οξυγόνο, άζωτο ή αέρα, ονομάζοντάς τα «ιδανικό αέριο». Δεν μπορούμε στη διδασκαλία μας να μην δίνουμε «εικόνες» πραγματικού ρευστού στα παιδιά, μιλώντας για «ανύπαρκτα» πράγματα.

Μιλάμε για αέρα, έτσι θα μιλήσουμε και για το νερό και όταν έρθει η στιγμή να διδαχτούν και τα πραγματικά ρευστά (προφανώς στα Πανεπιστήμια ή στα Πολυτεχνεία) θα διδαχτούν και θα μάθουν, κάτω από ποιες προϋποθέσεις μια ροή νερού σε ένα σωλήνα, προσεγγίζει την κατάσταση που μελετάμε ως «ιδανικό ρευστό».

Συνάδελφοι, αυτά είναι τα συμπεράσματα που προσωπικά καταλήγω.

Από εκεί και πέρα, μπορούμε να συζητήσουμε αν το παραπάνω μοντέλο, που αντιμετωπίζει το νερό σαν ιδανικό ρευστό, παρουσιάζει προβλήματα και ποιες ουσιαστικές διαφορές θα έχουμε αν για παράδειγμα η παροχή είναι τέτοια που η ροή θα είναι στροβιλώδης.

Πώς αυτό θα μεταβάλλει την παραπάνω κατάσταση; Μήπως η παροχή, θα έπρεπε να δοθεί 0,01L/s και γιατί την έδωσα τόσο μεγάλη; Δεν ήξερα ότι υπάρχει πρόβλημα αριθμού Re; Γιατί δεν το έλαβα υπόψη;

Παρόμοια ερωτήματα, μπορούν να συζητηθούν, αλλά να μην χάσουμε τη "βασική εικόνα"…

Καλό μεσημέρι Μήτσο. Δες:

"Να ΑΥΞΗΘΕΙ η εξεταστέα ύλη (μην βαράτε, ξέρω ότι ακούγεται πολύ τρελό σήμερα με την κατάσταση που βιώνουμε…) Αλλά μόνο αν είχαμε να διδάξουμε π.χ. όλο το βιβλίο, το επίπεδο διδασκαλίας μας θα ήταν περισσότερο ήπιο, η ασκησιολογία για την ασκησιολογία υποχρεωτικά θα υποχωρούσε, η παπαγαλία και η κονσέρβα δεν θα μπορούσαν να βοηθήσουν τον μαθητή να γράψει καλό βαθμό και η ικανότητα του μαθητή να σκέφτεται θα μπορούσε να καλλιεργηθεί."

Θέση του 2009, πριν την δημιουργία του ylikinet:

Τι διδάσκουμε και τι εξετάζουμε;