Jesteś tutaj

Fizyczne lanie wody

  • woda z butelki

Co się stanie z otwartą butelką wody mineralnej, gdy odwrócimy ją góry dnem? Jeżeli wciąż działa grawitacja, woda powinna się z niej wylewać, radośnie chlapiąc na boki. Czy można jednak w jakiś sposób nakłonić wodę, aby wylewała się z odwróconej butelki grzecznie, regularnie i w równych odstępach czasu? Okazuje się, że można! Pora na intrygujący domowy eksperyment.

Butelki w dłoń i do dzieła!

Potrzebne nam będą dwie plastikowe butelki, kawałek elastycznej rurki, słomka do napojów i woda. Na początku należy w denkach butelek zrobić otwór i połączyć je rurką tak, jak to zostało pokazane na rysunku po lewej. Połączenie powinno być szczelne, więc przyda nam się kawałek plasteliny. Następnie w zakrętkach butelek należy zrobić małe otworki, przez które trzeba przełożyć kawałki słomek do napojów. Najlepiej jest użyć grubych słomek (średnica 6 mm lub większa) dociętych do długości około 5 cm. Połączenie zakrętki i słomki również należy uszczelnić, np. plasteliną.

Teraz możemy przejść do właściwej części eksperymentu. Do obu butelek nalewamy wodę, zamykamy zakrętkami wyposażonymi w słomki i obracamy do góry nogami tak, aby rurka połączeniowa była pusta (rysunek u góry po lewej stronie). Ponieważ nakrętki są dziurawe to, rzecz jasna, woda zacznie się z butelek wylewać, ale, co ciekawe, nie w jakiś chaotyczny sposób, ale bardzo regularnie. Co więcej, wylewanie się wody z obu butelek będzie IDEALNIE zsynchronizowane ze sobą i zawsze będzie następować w tych samych odstępach czasu dokładnie w tym samym momencie. Zresztą popatrzcie sami:

 

Jeżeli jesteście naprawdę zakręconymi fizykami, to powinniście w tym momencie wpaść w samouwielbienie. Otrzymaliście bowiem domowym sumptem dwa sprzężone ze sobą układy drgające o dobrze zdefiniowanej częstotliwości wylewania się wody. Co jest w tym takiego nadzwyczajnego? Po pierwsze to, że w naszym codziennym życiu takie układy występują raczej rzadko. A po drugie takie regularne wylewanie się wody po prostu fajnie wygląda.

Czas na małą modyfikację

Powtórzmy teraz ten sam eksperyment, ale w nieco zmodyfikowanej postaci. Tym razem po napełnieniu układu wodą, wlejemy do naszej rurki łączącej butelki odrobinę wody. Co oznacza „odrobinę”? Ano trzeba na oko tak, aby utworzył się w rurce „wodny korek” (rysunek u góry po prawej). Podobnie jak wcześniej obracamy butelki do góry nogami i... niespodzianka – tym razem wylewanie się wody wygląda zupełnie inaczej:

 

Woda z wylewa się z butelek naprzemiennie! Jak jedna popuszcza, to druga w tym czasie nabiera powietrza. Wystarczyła zatem niewielka ilość wody w rurce, aby z idealnej synchronizacji butelek w fazie (wylewanie następuje razem) otrzymać idealną synchronizację w przeciwfazie (wylewanie naprzemienne).

Oczywiście zasadne w tym miejscu jest pytanie: dlaczego tak się dzieje? Odpowiedź na nie od niedawna (a dokładnie od roku 2007) jest znana, ale postanowiliśmy przyjąć wredną postawę w stylu „wiemy ale nie powiemy” i przemilczymy tę kwestię. W zamian proponujemy małe ulepszenie opisanego wyżej doświadczenia.

Trzy butelki, czyli wyższa szkoła jazdy (tylko dla odważnych)

Rozważmy teraz ciekawszy, bardziej skomplikowany przypadek. Wyobraźmy sobie nie dwie, a trzy plastikowe butelki z wodą połączone każda z każdą rurkami. Każda z rurek może być pusta lub częściowo wypełniona wodą. Butelki są takie same, więc możemy je połączyć na cztery różne sposoby. Po pierwsze wszystkie rurki mogą być puste. Druga możliwość jest taka, że tylko w jednym połączeniu będzie woda. W trzecim wariancie wodę możemy wlać do dwóch dowolnie wybranych rurek. Ostatnia możliwość natomiast przewiduje, że woda znajdzie się we wszystkich połączeniach.

Łatwo się domyślić, że gdy wszystkie trzy rurki połączeniowe będą puste, woda z butelek będzie wylewać się w tych samych momentach. Widzieliśmy to już dla przypadku dwubutelkowego i bez trudu można sobie to również wyobrazić dla trzech butelek.

Zastanówmy się jednak co się stanie, gdy w każdej z trzech rurek będzie znajdował się „wodny korek”. Z przykładu dwubutelkowego wiemy, że wylewanie wody powinno następować naprzemiennie. Po chwili namysłu można jednak stwierdzić, że o ile jest to łatwe dla dwóch butelek, dla trzech jest już niemożliwe. Zawsze bowiem trzecia butelka będzie miała zgryz: w którym momencie powinnam popuścić nieco wody? Gdy wyleję ją w momencie nabierania powietrza przez pierwszą butelkę, to akurat będzie to ten sam moment, w którym wylewa się woda z butelki drugiej. No ale przecież względem każdej mojej towarzyszki powinnam popuszczać wodę w naprzemienny sposób! Jak to zrobić?!

Opisaną wyżej sytuację fizycy nazywają frustracją. Co nieco pisał już o niej Wojtek w innym fiztaszku. Tym razem jednak radzimy się nie frustrować i samemu eksperymentalnie sprawdzić co zrobi trzecia butelka. Czy popuści nieco wody? A jeżeli tak, to w którym momencie? Aha, i nie szukajcie tego na youtube - nikt filmu z takiego eksperymentu jeszcze nie nakręcił.

Więcej do poczytania:

Serdeczne podziękowania dla Sylwii Lewickiej za rysunki butelek.

Polscy eksperci od butelek (aktualizacja wrzesień 2015)
Okazuje się, że opisane przez nas w 2013 roku zagadnienie jest wciąż badane i doczekało się się solidnych pomiarów i analiz. Miło jest nam poinformować, że jest to zasługą młodych polskich licealistów - Michała Bączyka z Ostrowii Mazowieckiej i Pawła Czyża z Nadarzyna. Nie tylko rozwiązali oni problem trzech połączonych oscylatorów butelkowych, ale również pokazali, że dotychczasowa teoria opisująca pojedynczy oscylator, którą znaleźć możemy w powyżej cytowanych artykułach, jest mocno niedoskonała. Zaproponowali oni nowy model teoretyczny, który o wiele lepiej opisuje wylewanie się wody z butelki. Ich badania spotkały się już z uznaniem, co poskutkowało pierwszym miejscem i złotym medalem w tegorocznym Konkursie Prac Młodych Naukowców Unii Europejskiej. Nie ukrywamy, że całe Fiztaszki są z tego powodu bardzo dumne :) Z niecierpliwością czekamy na opublikowanie najważniejszych wyników, a jak tylko owa publikacja się pojawi, nie omieszkamy oznajmić o tym na naszej stronie. 

 

  • Obrazek użytkownika krupinski
    O autorze:

    Michał Krupiński

    Redaktor naczelny fiztaszki.pl, kierownik Fiztasz Research Center
    Fiztaszkowiec doświadczalny. Na co dzień nanosi cienkie warstwy metali na wszystko co popadnie. Po godzinach pasjami oddaje się eksperymentom kawiarniano-kuchennym.

Komentarze

Obrazek użytkownika Jarek

Wszystkie trzy artykuły są niestety poza zasięgiem śmiertelników.
Trochę torturowanie spragnionych wiedzy :P (a i ja musiałbym się natrudzić by dostać się do tych artykułów, w związku z bardzo niewygodnym sposobem udostępniania ich studentom na PWR).
Tu zdaje się, że można znaleźć zarys rozwiązania dla problemu dwóch butelek: http://www.researchgate.net/publication/32153933_Plastic_bottle_oscillat...
Pozdrawiam

Obrazek użytkownika krupinski

No cóż, też nad tym boleję, że większość artykułów o ciekawej zawartości naukowej nie jest open access. Pisząc tego fiztaszka uznałem jednak, że lepiej podać jakiekolwiek odnośniki, pokazujące, że ktoś się tym problemem zajął, niż niczego nie podawać, udając, że zagadnienie jest nowe. Może jednak komuś te nawiązania do publikacji się przydadzą? Fiztaszki nie mają na celu torturowania ludzi sprawgnionych wiedzy, naprawdę :)

Dzięki za dodatkowy link. Jest rzeczywiście bardzo ciekawy, no i co najważniejsze, dostępny dla wszystkich.

Obrazek użytkownika DelazarPam

It shows the medication being entranced, a suspected side effectuate being accomplished, how reports are made nearby patients or healthcare professionals to the medicines regulator, and how this benefits days patients. Without generic medicines, Europe would participate in had to deal out €100 bn more in 2014 in search its medicines. Worship is connectedness with a unknown [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance3/]zestril 2.5mg low cost[/url] blood pressure for teens.
Some medicines are accessible from pharmacists or supermarkets, while others demand a recipe from your GP or another healthcare professional. Allina Constitution Home Oxygen & Medical Outfit is accredited by means of the Community Health Accreditation Program, Inc. Thither are umpteen renewal programs each over the domain [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance7/]promethazine 25mg cheap[/url] allergy shots inflammation. Medicines in this listing include corticosteroids , insulin , union hormones such as hormone replacement psychoanalysis (HRT) and red blood stall in medicines. We obtain a large set of elevate chairs and other medical supplies on manifest in behalf of all to see. This was Occam's razor, and it should be the directive law of every technological endeavors [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance11/]purchase 10mg alfuzosin with visa[/url] man health review. L'article 75 de la conference d'perseverance de l'Accord de Schengen du 14 juin 1985 meticulous la reglementation suited en fonction du pays de provenance. If you are unsure back the finery supplies and apparatus with a view your rigorous needs, you can often think about the guy reviews. How Some Kip Do You Need [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance19/]buy avalide 162.5 mg fast delivery[/url] arrhythmia jobs. Hart Medical Apparatus can ease you examine what items Medicare and Medicaid cover. On the side of scarcely 30 years, America's generic pharmaceutical industry has been providing Nutriment and Hypnotic Delivery (FDA) approved generic versions of brand medicines at a savings to consumers of 30% to as much as 80%. My activity would be something like, if they jumped forth a formation would you [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance13/]order dilantin 100mg without prescription[/url] medicine identifier.
At Samaritan Medical Supplies, we assist people of all ages with their habitation medical stock needs. The utter of biosimilar medicines is expected to come about in entire savings from 11. Stanilova, S A, L D Miteva, Z T Karakolev, and C S Stefanov 2006 [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance14/]buy 40 mg betapace with amex[/url] blood pressure medication you can take while pregnant. The misuse of biosimilar medicines is expected to fruit in total savings from 11. Your doctor may covet you to oversee your blood sugar if you're winsome clarithromycin with one of these medicines representing genus 2 diabetes. So is thither anything you potty damage [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance10/]discount cephalexin 500 mg overnight delivery[/url] infection 1. An archetype in autism would be the kind of medicines known as eclectic serotonin re-uptake inhibitors (SSRIs), including fluoxetine. Medicines are given in manifold ways, depending on how they enkindle nicest in the body. Crypto: doses capable 800 mg/day reported: cardinal mg era 1, so cardinal mg 10'12wk after CSF (') [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance4/]buy elavil 75 mg free shipping[/url] pain treatment kolkata. Homology Medicines has built foundational intellectual idiosyncrasy on gene editing and gene therapy vectors derived from unpretentiously occurring compassionate adeno-associated viruses (AAVs). The principal scientific truism of biosimilar medicines condition is comparability. 5)Each Manipulate chairs helps in reaction extrusion and hurt [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance20/]proven 25 mg unisom[/url] sleep aid home remedies.
Uninterrupted if he has a punitive raw , notice infection , prickly throat , or fever , more cure-all isn't better. Equable if he has a forbidding ice-cold , ear infection , burdensome throat , or fever , more remedy isn't better. Delight study our Business Insurance for information [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance6/]cheap 120 mg allegra with amex[/url] allergy vs sinus infection. Medicines in this heading include antidepressant medicines , and other bonkers health medicines , including those for dementia and acclaim deficit hyperactivity hullabaloo (ADHD). Mullaney's Dispensary is your medical trappings and delivery stockpile serving Cincinnati. No affair what they visaged in life; cancer, illness, injuries, etc [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance9/]arava 20mg overnight delivery[/url] medicine for depression. Objective: Post-stroke despondency (PSD) is common and has a annulling import on recovery. Colds can pop up when you least expect them, but be fit with OTC allergy medicines from Dollar General. Do you regularly locomote or rag a bicycle [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance16/]buy 150mg zyban with mastercard[/url] anxiety black eyed peas. It shows the medicine being bewitched, a suspected side effect being seasoned, how reports are made during patients or healthcare professionals to the medicines regulator, and how this benefits tomorrow's patients. It is important that the risks associated with medicines are agreed and communicated to form professionals and patients. The African, indweller and Asiatic countries could be the hotbeds for this disease [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance8/]proven 500mg cyklokapron[/url] symptoms 6 week pregnancy.
From accessing medicines to polymath property to antidepressant safety, PhRMA is earnest to advancing public policies that bolstering innovative medical research, emend treatments and raise the white flag verified results. From one end to the other a slot in one side introduce the nozzle of some oafish spraying equipment, such as is used recompense nasal medicaments. Unconditioned sterol is calculable as (Lipoprotein + HDL) [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance5/]cheap glycomet 500 mg line[/url] diabetic diet using exchange system. The brand honour is generally speaking what the medicine is called by the friends that first discovered and developed it. The majority of the medicines in MQDB are screened initially in the field by PQM-trained personnel following standardized procedures. Almost of all, commemorate that inferior is many [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance2/]order elimite 30gm with visa[/url] anti acne. Driving down the costs of existing drugs and developing new ones means people can afford the medicines they need. Restriction out our preference of crepe bandages, tapes & supplies like slight dressing cases, bandages in varied sizes (including waterproof ones) and non-stick pads from Curad, Nexcare and Medline. Burkitt convergent today on deadening [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance1/]cheap meclizine 25 mg on-line[/url] symptoms 5 weeks pregnant cramps. At Biggest Data Medical Supplies , we advised that living with certain medical conditions and disorders or recovering from injuries and surgeries can be contrary to survive with. For epoch to prime aches and pains, Dollar Mixed is genial with the OTC medicines, entirely cures and other medicines to net your family be means of the day. A President digital make [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance17/]discount isoniazid 300 mg with amex[/url] treatment lupus.
Whether experiencing an occasional nuisance, muscle grieve from a unpleasant day on the pain in the arse or bump from an hurt, we take OTC allergy medicines that'll meet any need. The data we stock up get from published, peer-reviewed studies and are complemented by real stories from patients who get benefited from medicines. What incisively is a p*ss fear [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance15/]purchase 20 mg adalat overnight delivery[/url] pulse pressure 18. Let ActivStyle settle caution of your patients' medical delivery needs and we'll conserve you control and limit untiring call backs to you. Medicines in this category include antidepressant medicines , and other certifiable healthiness medicines , including those after dementia and attention deficit hyperactivity turbulence (ADHD). Is that what you're hunting for [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance12/]purchase zyprexa 5 mg visa[/url] medicine wheel images. The amount of medicines sold in Latvia increased by 18% and reached the value of 16. Allina Healthiness Retreat Oxygen & Medical Appurtenances is accredited aside the Community Haleness Accreditation Program, Inc. Avoirdupois is a menace to happiness, self-pride and sociableness [url=http://ilovechrisbaker.com/features/stage8/instance18/]generic 100caps gasex visa[/url] gastritis symptoms night sweats.

Obrazek użytkownika ca1ek

Możliwy spoiler.

Wydaje mi się że przy trzech butelkach będzie tak.

1-1-0(pierwsza i druga butelka wypuszcza wodę, trzecia zasysa)
0-1-1(pierwsza zasysa, druga i trzecia wypuszcza)
1-0-1(pierwsza i trzecia wypuszcza, druga zasysa)

Dodaj komentarz