Презентация на тему: 8 Вязкость, число Рейнольдса, Физика дождя, Капилярные явления

На фото: Виртуальная частица в жидком железе внешнего ядра Земли стремится передвигаться к поясам планеты когда условия геодинамо меняются. Цвет характеризуют турбулентное движение : красным цветом показано положительное течение (с востока на запад), а синим – отрицательное (с запада на восток). Слева направо - так течение меняется с ростом чисел Рэлея, которые отражают неустойчивость жидкости и образование конвекции. Сверху вниз – так поток реагирует на увеличение угловых скоростей всей системы геодинамо. На фото: Виртуальная частица в жидком железе внешнего ядра Земли стремится передвигаться к поясам планеты когда условия геодинамо меняются. Цвет характеризуют турбулентное движение : красным цветом показано положительное течение (с востока на запад), а синим – отрицательное (с запада на восток). Слева направо - так течение меняется с ростом чисел Рэлея, которые отражают неустойчивость жидкости и образование конвекции. Сверху вниз – так поток реагирует на увеличение угловых скоростей всей системы геодинамо.

Японские ученые предсказывают существование в земном ядре зональных течений. Примеры зональных течений на Земле -потоки ветра, которые циркулируют вокруг земного шара или Гольфстрим. Аналоги могут существовать и в турбулентном расплавленном ядре. Магнитные полюса планеты образуются из-за конвекции расплавленного железа внутри планеты. Японские ученые предсказывают существование в земном ядре зональных течений. Примеры зональных течений на Земле -потоки ветра, которые циркулируют вокруг земного шара или Гольфстрим. Аналоги могут существовать и в турбулентном расплавленном ядре. Магнитные полюса планеты образуются из-за конвекции расплавленного железа внутри планеты. Была смоделирована работа геодинамо при небольших вязкостях, чтобы построить картину конвекции во внешних слоях земного ядра. Численная модель подтверждает, что обнаруженная двойная конвекционная структура может сосуществовать с главной конвекцией, которая приводит к образованию магнитных полюсов у планеты. Дополнительные конвекционные течения это радиальные плюмы – течения из внутреннего ядра и зональное течение, направленное с востока на запад . Новый тип зонального течения может объяснить механизм переключения полюсов. В последний раз северный и южный полюс поменялись местами около 780 000 лет назад и стоит ожидать следующий «щелчок». «Переключении полюсов» в реальности длится около 10 000 лет. Zonal flow formation in the Earth’s core. Takehiro Miyagoshi, Akira Kageyama & Tetsuya Sato. Nature 463, 793-796 (11 February 2010) | doi:10.1038/nature08754. http://physicsworld.com/cws/article/news/41686

Почему капля не летит с ускорением свободного падения и не пробивает дырку в шляпе или машине? Маленький парашют? Бронемашина с парашютами приземляется со скоростью 7-8 м/c! Почему капля не летит с ускорением свободного падения и не пробивает дырку в шляпе или машине? Маленький парашют? Бронемашина с парашютами приземляется со скоростью 7-8 м/c! Капля хороший пример. Как оказалось на полет влияет и сила тяжести, и сила трения, и сила поверхностного натяжения и даже упругий удар! Как говорили на прошлой лекции на рост размера может влиять даже статический заряд

Совсем недавно исследователям удалось объяснить возникновение быстрых дождевых капель. Для падающей капли с некоторого момента сила сопротивления воздуха уравнивает силу притяжения Земли и скорость капли прекращает расти. Таким образом, свободно падающая капля фиксированного размера может, как мы уже знаем, разогнаться только до определенной скорости, которую называют предельной. Выяснилось, что капли, скорость которых выше предельной, образуются в результате разрушения более больших и быстрых капель. Совсем недавно исследователям удалось объяснить возникновение быстрых дождевых капель. Для падающей капли с некоторого момента сила сопротивления воздуха уравнивает силу притяжения Земли и скорость капли прекращает расти. Таким образом, свободно падающая капля фиксированного размера может, как мы уже знаем, разогнаться только до определенной скорости, которую называют предельной. Выяснилось, что капли, скорость которых выше предельной, образуются в результате разрушения более больших и быстрых капель.

Дождевые капли сильно отличаются по размерам: диаметр большинства - менее одного миллиметра, однако некоторые достигают в размере пяти миллиметров. Можно предположить, что в облаках капли образуются примерно одинакового размера. При падении они сталкиваются и происходит разброс по размерам? Не совсем! Установлено, что во время самого сильного дождя на кубический метр приходится не более тысячи капель. Это мало для интенсивного столкновения (но какие то столкновения точно есть. См. далее). Ученые засняли падение капли на видео и показали, что сопротивление воздуха приводит к деформации капли (она как мы и говорили она становится похожей на блин или парашют) и разрушается. Теоретические расчеты подтвердили обнаруженное распределение капель по размерам . Но все не так просто…….

Как мы у же знаем для падающей капли с некоторого момента сила сопротивления воздуха уравнивает силу притяжения Земли и скорость капли больше не возрастает (ускорения нет). Свободно падающая капля фиксированного размера может разогнаться только до определенной скорости, которую называют предельной. Например, для капли диаметром 100 мкм предельная скорость равна 0.30 м/c. Как мы у же знаем для падающей капли с некоторого момента сила сопротивления воздуха уравнивает силу притяжения Земли и скорость капли больше не возрастает (ускорения нет). Свободно падающая капля фиксированного размера может разогнаться только до определенной скорости, которую называют предельной. Например, для капли диаметром 100 мкм предельная скорость равна 0.30 м/c. Ученые в Мехико в безветренную погоду наблюдали за падением более 64 тысяч капель . Обнаружено, что капли движутся с существенно более высокими скоростями, чем мы уже обсуждали и большое количество капель летит быстрее скорости, характерной для их размера.

Установлено, что много мелких капель движется со скоростями, превосходящими расчетный предел. Т.е. капли размером 100 мкм оказались способны падать со скоростью 3-4 м/с (в 10 раз быстрее чем мы оценили ранее). Это может являться результатом того, что все капли разного размера и следовательно падают вертикально с разной скоростью и сталкиваются (в том числе часть разрушаются). Установлено, что много мелких капель движется со скоростями, превосходящими расчетный предел. Т.е. капли размером 100 мкм оказались способны падать со скоростью 3-4 м/с (в 10 раз быстрее чем мы оценили ранее). Это может являться результатом того, что все капли разного размера и следовательно падают вертикально с разной скоростью и сталкиваются (в том числе часть разрушаются). После столкновения капли движутся со скоростью исходных объектов (вспомним закон сохранения импульса и опыт с шарами), для которых предельное значение скорости могло быть значительно выше. Удалось установить, что с увеличением силы дождя растет и относительное количество мелких сверхбыстрых капель. Результаты найдут применение при создании компьютерных моделей климатических изменений. На мой взгляд работают оба механизма. Т.е когда дождь не очень интенсивный капли не сталкиваются и работает «парашют», а если интенсивный то начинаются столкновения.

От чего зависит форма кратера от падения капли? Меняются ли капли сами и изменяют ли они форму поверхности, на которую они падают? Исследователи капали на поверхность, покрытую кремниевыми гранулами каплями диаметром 4-50 мкм с высоты 10-480 мм и выяснили, что самые маленькие кратеры создаются на средних скоростях, а самые глубокие кратеры – на максимальных. При высоких скоростях в центре кратера оставался холмик, а не выемка. При этом капли большего размера оставляли более мелкие кратеры. От чего зависит форма кратера от падения капли? Меняются ли капли сами и изменяют ли они форму поверхности, на которую они падают? Исследователи капали на поверхность, покрытую кремниевыми гранулами каплями диаметром 4-50 мкм с высоты 10-480 мм и выяснили, что самые маленькие кратеры создаются на средних скоростях, а самые глубокие кратеры – на максимальных. При высоких скоростях в центре кратера оставался холмик, а не выемка. При этом капли большего размера оставляли более мелкие кратеры. Установлено, что на радиус кратера влияет не только отношение плотности поверхности (гранул) и плотности падающей жидкости, но и отношение инерции жидкости к поверхностному натяжению.

Аналогично механизму образования зарядов в грозовых облаках ученые предлагают добывать энергию из воздуха. Идею получения электричества из атмосферы выдвигал еще Тесла. Как мы уже знаем жидкая вода присутствуют в облаках в виде аэрозоля. При взаимодействии микрочастиц происходит разделение зарядов. Далее идет физическое расслоение системы частиц (тяжелые располагаются внизу облака), а следовательно и разделение зарядов. При определенном напряжении происходит пробой. Аналогично механизму образования зарядов в грозовых облаках ученые предлагают добывать энергию из воздуха. Идею получения электричества из атмосферы выдвигал еще Тесла. Как мы уже знаем жидкая вода присутствуют в облаках в виде аэрозоля. При взаимодействии микрочастиц происходит разделение зарядов. Далее идет физическое расслоение системы частиц (тяжелые располагаются внизу облака), а следовательно и разделение зарядов. При определенном напряжении происходит пробой. В условиях высокой влажности воздуха ученые наблюдали, как контактируют микрочастицы воды и кремния и фосфата алюминия. В результате микрочастицы кремний имели отрицательный заряд, а алюминия — положительный. Т.е. вода в атмосфере способна накапливать электрический заряд и передавать его материалам, с которыми она контактирует.

И так разница высот жидкостей в капилляре и широком сосуде прямо пропорциональна поверхностному натяжению и степени смачивания cos и обратно пропорциональна плотности жидкости ρ, радиусу капилляра r и ускорению свободного падения g И так разница высот жидкостей в капилляре и широком сосуде прямо пропорциональна поверхностному натяжению и степени смачивания cos и обратно пропорциональна плотности жидкости ρ, радиусу капилляра r и ускорению свободного падения g Впитывание воды полотенцем Поднятие керосина по фитилю лампы Подъем грунтовых вод Набор крови в капилляр (у донора) Подъем сока в дереве (частично) Впитывание крема кожей (возможно но не уверен)