slang gevuld met vloeistof aan 1 kant dicht loopt niet leeg

[mr_petit]

Ik heb hier een dun siliconenslangetje (binnendiameter ca 3mm) van ca. 30cm lang, wat niet leegstroomt als ik het vul met water en de opening aan de bovenkant met mijn vingertop afsluit.
Ik dompel het slangetje dus onder water (dan vult het slangetje zich met water), hou aan 1 kant mijn vinger op de opening, en trek aan die zijde het slangetje compleet uit het water. De open onderkant bungelt dus gewoon vrij in de lucht.
Hoe heet dat effect, en hoe werkt het precies?
Als ik mijn vingertopje van de bovenkant afhaalt stroomt het slangetje gelijk, dus het water is dun genoeg om er met grote snelheid doorheen te stromen (ik kon 'm anders ook niet zo vullen).

Heeft het te maken met dat aan de onderkant de luchtdruk het water tegenhoudt? En werkt het dan ook maar tot een slang van een meter? (luchtdruk=1 bar = ca 1m waterkolom)
Als ik een fles met water vul (of een dikke buis van enkele cm breed en 30cm lang) en die omkeer stroomt het natuurlijk gelijk leeg.
Heeft het iets met de viscositeit van water of oppervlaktespanning te maken in relatie tot de doorsnede van het slangetje? En hoe werkt dat dan?
Meer kan ik eigenlijk niet bedenken over hoe ik dit effect zou kunnen verklaren, laat staan berekenen.

[Delerium]

mr_petit schreef op woensdag 12 januari 2011 @ 06:16:
Heeft het te maken met dat aan de onderkant de luchtdruk het water tegenhoudt? En werkt het dan ook maar tot een slang van een meter? (luchtdruk=1 bar = ca 1m waterkolom)

Precies dat, luchtdruk. En die luchtdruk is 1 bar maar dus 10 meter water. Of, in het geval van kwik circa 78 cm. Is je slang langer dan dat, dan kan de luchtdruk deze niet in de slang gedrukt houden en zakt het wel, zodat je boven het vloeistofoppervlak in de buis een vacuum houdt.
Op deze manier kan je de luchtdruk meten met zoiets als een barometer.

[Scott]

Volgens mij heeft het te maken met het feit dat het water dat het slangetje uitloopt vervangen moet worden omdat er niet "niks" kan zijn. Het slangetje is te stug om het volume te verkleinen, maar er kan ook geen lucht in want het ene uiteinde houd jij dicht en het andere wordt dichtgehouden door het water. Waarom dit in een fles bijvoorbeeld niet werkt zou ik niet weten, maar als ik iets zou moeten zeggen zou ik zeggen dat dat komt omdat het uiteinde van een fles te klein (kort) is en water er daar snel genoeg uitloopt om lucht de fles in te laten.

[Henk007]

Dit is geen volledig antwoord want bij een grotere diameter zal het water er wel uitstromen.
Hoe je die diameter berekent weet ik niet, maar het zal afhangen van de dichtheid, luchtdruk en oppervlaktespanning.

[mr_petit]

Delerium schreef op woensdag 12 januari 2011 @ 06:25:
[...]

Precies dat, luchtdruk. En die luchtdruk is 1 bar maar dus 10 meter water.

Dat was idd een rekenfoutje van mij.
Het verklaart nog steeds niet waarom dit dus niet werkt met een brede buis (bijv. een regenpijp).
Uitgaande van dat feit moet er derhalve nog een ander fenomeen werken. (losstaand of dit wel of niet klopt)

ter vergelijk: dit is een schematische voorstelling van een klassieke barometer:

Als deze dus onderaan in water staat kan de buis zo breed zijn als je wilt lijkt me, maar indien dit dus niet het geval is stroomt de kolom leeg. Ik vermoed dat dit komt door de waterlijn / communicerende vaten (aan 1 kant dus geen communicatie ), maar bij mijn dunne siliconenslang speelt dit op 1 of andere manier niet

[ Voor 41% gewijzigd door mr_petit op 12-01-2011 06:43 ]

[Henk007]

Zoals ik in mijn eerst post al vermeldde is het de oppervlaktespanning in combinatie met de luchtdruk die ervoor zorgt dat het water in je slangetje blijft. Ik zal eens zoeken of ik ergens een formule vind voor de kritische diameter van de slang.
Overigens speelt ook de contacthoek tussen het water en de slang een rol. Dus ook het materiaal van de slang heeft invloed.
surface tension @wikipedia

[ Voor 36% gewijzigd door Henk007 op 12-01-2011 07:29 ]

[Techneut]

Merkwaardig dat over een meest elementair principe van de natuurkunde zo moeilijk wordt gedaan, terwijl gewoon het allereerste antwoord al correct is, de luchtdruk. Deze is op zeeniveau zo als bekend mag worden verondersteld gemiddeld 1 atmosfeer, en dat is ruwweg 1 kg/cm². Bijna lagere school-/basisschoolkost. De atmosferische luchtdruk kan dus 10 meter waterkolom omhoog houden.

Edit:
En mr-petit, het werkt wel terdege met een dikkere buis (onverschillig hoe dik), dat geeft geen enkele beperking. Denk inderdaad ook aan de klassieke kwikbarometer met een kolom van gemiddeld 76 cm kwik (weegt ongeveer evenveel als 10 m water).

PS:
Die schets die je plaatste bij je laatste bericht geeft uitstekend de situatie weer.

[ Voor 29% gewijzigd door Techneut op 12-01-2011 10:16 ]

[Henk007]

mr_petit schreef op woensdag 12 januari 2011 @ 06:16:
Ik heb hier een dun siliconenslangetje (binnendiameter ca 3mm) van ca. 30cm lang, wat niet leegstroomt als ik het vul met water en de opening aan de bovenkant met mijn vingertop afsluit.
Ik dompel het slangetje dus onder water (dan vult het slangetje zich met water), hou aan 1 kant mijn vinger op de opening, en trek aan die zijde het slangetje compleet uit het water. De open onderkant bungelt dus gewoon vrij in de lucht.

Techneut schreef op woensdag 12 januari 2011 @ 09:39:
Edit:
En mr-petit, het werkt wel terdege met een dikkere buis (onverschillig hoe dik), dat geeft geen enkele beperking. Denk inderdaad ook aan de klassieke kwikbarometer met een kolom van gemiddeld 76 cm kwik (weegt ongeveer evenveel als 10 m water).

PS:
Die schets die je plaatste bij je laatste bericht geeft uitstekend de situatie weer.

Lees de startpost nog eens
Daar wordt dus niet de situatie in de schets bedoeld. Verder blijven mijn eerder posts gewoon geldig.
Als je een regenpijp vol water aan de bovenkant dichthoudt en de onderkant uit het water tilt loopt hij gewoon leeg.

[ Voor 4% gewijzigd door Henk007 op 12-01-2011 14:31 ]

[mr_petit]

Ik hou je ook aan je eerdere posts
Heb je al iets kunnen vinden hoe je de kritische diameter voor een buis zou kunnen berekenen?
Zelf denk ik ook dat het met oppervlaktespanning te maken heeft, maar ik zie de relatie niet helemaal.
Als dichtheid en luchtdruk een factor zouden spelen, dan zou de lengte van het slangetje variëren met de diameter om voor dit effect op te treden?
Maar ik kan bijvoorbeeld niet voorspellen als ik mijn siliconenslangetje bijvoorbeeld verleng tot 10m, of het effect dan nog optreedt. Of dat de slang nog langer kan zijn (stel het kost een bepaalde kracht om de oppervlaktespanning te berekenen, kan je die kracht dan optellen bij de kracht die de luchtdruk uitoefent op de open onderkant van de slang teneinde zo de kritische lengte te berekenen?)

Gelukkig kan ik adhv de post van Techneut bevestigen dat mijn denkniveau gelukkig nog steeds hoger is dat van een lagere school leerling

[ Voor 8% gewijzigd door mr_petit op 12-01-2011 16:09 ]

[Gideon]

mr_petit schreef op woensdag 12 januari 2011 @ 06:16:
Hoe heet dat effect, en hoe werkt het precies?

Dat effect heet dus capillaire werking

[Henk007]

Nee.
Ik denk dat het waterniveau in de sliconenslang uit de topicstart nauwelijks zal stijgen als je deze in het water plaatst. Dit komt door het hydrofobe materiaal en de relatief grote diameter van 3 mm

[mr_petit]

Volgens mij is capillaire werking de 'zuigkracht' die een dunne open buis uitoefent op een vloeistof.
Als dit een geval van capillaire werking was zou mijn slangetje gevuld blijven als ik mijn vinger van de bovenkant zou halen. Aangezien dit niet gebeurt is dit effect niet gelijk te verklaren met capillaire werking.
De capillaire werking is veel kleiner dan het niveau tot waar het slangetje gevult blijft (er blijft hooguit beneden een druppel hangen).

edit:
je bent me net voor

[ Voor 4% gewijzigd door mr_petit op 12-01-2011 18:00 ]

[Gideon]

mr_petit schreef op woensdag 12 januari 2011 @ 17:59:
Volgens mij is capillaire werking de 'zuigkracht' die een dunne open buis uitoefent op een vloeistof.
Als dit een geval van capillaire werking was zou mijn slangetje gevuld blijven als ik mijn vinger van de bovenkant zou halen. Aangezien dit niet gebeurt is dit effect niet gelijk te verklaren met capillaire werking.
De capillaire werking is veel kleiner dan het niveau tot waar het slangetje gevult blijft (er blijft hooguit beneden een druppel hangen).

edit:
je bent me net voor

Nee, want in je startpost beschrijf je dat je eerst het slangetje vult, het daarna uit het water trekt met je duim op de bovenste opening. Onder invloed van de capillaire werking cohesieve krachten en het 'vacuum' tussen je duim en het water bovenin het slangetje blijft het water erin. Zodra je je duim eraf haalt, stroomt het water onder invloed van de zwaartekracht, dat de capillaire werking cohesieve krachten op dat moment overtreft, uit het slangetje.

[ Voor 2% gewijzigd door Gideon op 12-01-2011 18:09 . Reden: capillaire werking is idd niet de juiste term, slechts een onderdeel ervan :) ]

[mr_petit]

Hoe weet je zo zeker dat het cohesieve krachten zijn (en het vaccum tussen duim en water (dus opwaartse druk)?
Of spelen er ook adhesiekrachten?
(De oppervlaktespanning is volgens mij een combinatie van cohesie en adhesie)

Maar ik ben dus eigenlijk wat meer specifiek op zoek dan speculatief gebrainstorm, dus hoe je eea in een formule tegen elkaar uit kan (zou kunnen) zetten (of als het gebrainstorm daarnaar toe leidt is dat natuurlijk ook fantastisch). Dus bijvoorbeeld een manier hoe je de maximale / kritieke diameter zou kunnen berekenen of benaderen. Of een naam van een experiment die deze situatie beschrijft. (ik kan me nauwelijks voorstellen dat ik de eerste ben die dit experiment in de geschiedenis doet en beschrijft, maar het klinkt wel aardig: het "mr_petit effect" )

Dit is iig een fototje van het effect wat ik vanochtend heb gemaakt (voor degenen die er nog steeds geen voorstelling van kunnen maken):

Het is een beetje een brakke foto, maar je ziet een dun slangetje wat gevuld is met water waarbij ik m'n vinger op de bovenkant hou, en het slangetje stroomt niet leeg. Je moet me maar op m'n woord geloven dat er water in zit .
Als je goed kijkt kan je wel wat belletjes zien. Die blijven ook gewoon zitten en drijven bijv niet allemaal naar boven. Het slangetje is denk ik iets van 3mm binnendoorsnede. Als ik mijn vinger dus weghaal stroomt het slangetje binnen een paar tienden van seconden leeg.

[ Voor 89% gewijzigd door mr_petit op 12-01-2011 18:49 ]

[kaconst]

Het heeft vooral te maken met de stabiliteit van het wateroppervlak aan de onderkant. Het is makkelijker uit te leggen aan de hand van een fles. (met flessen lukt dit ook, vooral glazen flessen en met niet al te grote dopdiameter).

Om ervoor te zorgen dat de buis (fles) leegloopt moet er lucht zijn om het verloren volume aan be bovenkant te compenseren. Met een open buis is dat geen probleem maar als de bovenkant luchtdicht is moet de lucht via de onderkant langs het water naar de bovenkant komen. Dit gebeurt meestal met een bel of een prop. (een prop is een grote druppel die even breed els als de doorgang waar hij door moet). Dit is goed te zien als je een fles water schuin leeggiet, voor elk volume water dat uit de fles komt, gaat er een even groot volume lucht de fles binnen. Omdat dit steeds afwisselt is die stroming zo onregelmatig.

Voor de geïnteresseerden een wetenschappelijkere bron: http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ed066p1005

Bij een te kleine dopdiameter vormt een bel zich te moeilijk, maar als je zelf het oppervlak destabiliseert kan je de buis toch doen leeglopen. Door ermee te schudden bvb, je zult dan zien dat hij traag leegloopt. Of probeer eens een tandenstoker vanonder aan de binnekant van het buisje te houden, dan trek je het oppervlak scheef en zou zich een druppel moeten kunnen vormen.

[mr_petit]

hmmm.... "Your current credentials do not allow retrieval of the full text." (betreffende die link...betaalsite ).

geen formules helaas dus nog

[Henk007]

Na veel experimenteren met alternatieve zoektermen in Google heb ik volgens mij iets gevonden:
On the glug-glug of ideal bottles

Daarin komen ze experimenteel tot o.a. deze conclusie:

If the diameter of the tube becomes smaller than this limit, the velocity of the bubble decreases until the
point D0 ≈1.9a, where the flow of the liquid out of the tube is prevented by capillary
effects. In the case of water, a ≈3.8mm, and the critical diameter under which the
emptying time tends to infinity is D0c ≈7.2mm.

Hierin geldt a=sqrt(2*sigma/(rho*g))
De oppervlaktespanning gamma komt hierin niet voor, maar gaat bij nog kleinere d wel een rol spelen.
Dit artikel focust overigens voornamelijk op het klokkende effect bij het leeggieten van een fles (glug-glug)

[ Voor 13% gewijzigd door Henk007 op 13-01-2011 08:11 ]

[kaconst]

Link voor hetzelfde document op google docs. Klik

[Anoniem: 8386]

Henk007 schreef op donderdag 13 januari 2011 @ 06:48:
[...]


Hierin geldt a=sqrt(2*sigma/(rho*g))
De oppervlaktespanning gamma komt hierin niet voor, maar gaat bij nog kleinere d wel een rol spelen.
Dit artikel focust overigens voornamelijk op het klokkende effect bij het leeggieten van een fles (glug-glug)

Sigma is de oppervlakte spanning.

Samenvattend uit het artikel. Voor een cilinder zorgt de oppervlakte spanning dat het water niet weg loopt als de diameter onder 7.2mm.

Als de diameter kleiner is dan 17.5 mm dan zorgt de oppervlakte spanning voor een remmend effect.

Voor grotere diameters zal het water geleidelijk uit de slang lopen met een snelheid de gelijk is aan ongeveer 3 cm per seconden maal de wortel van de diameter in mm. (i.e. een slang van 25 mm dik zal met ongeveer 15 cm per seconde leeg lopen.

[SinergyX]

Anoniem: 8386 schreef op vrijdag 14 januari 2011 @ 17:10:
Samenvattend uit het artikel. Voor een cilinder zorgt de oppervlakte spanning dat het water niet weg loopt als de diameter onder 7.2mm.

Geld dit dan ook voor bijvoorbeeld cilinders die bij het uiteinde een trechtervorm hebben?
(cilinder 1,5cm maar uiteinde 7mm?)

[mr_petit]

Goede link die laatste (ik had 'm niet gevonden).
Ook het stuk is redelijk verhelderend en klinkt me plausibel in de oren.

Wat me niet helemaal duidelijk is in het stuk van Sasaki zijn die curves A t/m D
Hij beschrijft dat dus als drukcurves voor verschillende radii, en stelt dat C de curve is die kritiek is (bij a en b stroomt het die, bij d wel, en c is dus het kantelpunt). Dat komt neem ik aan doordat C in eerste instantie dezelfde rc heeft als curve Fh, waarbij de opwaartse kracht dus even groot is als neerwaarts, en dus in beginsel al niets kan beginnen te stromen. Zo interpreteer ik het.

Voorts komt dan de berekening voor curve C, en daaruit komt uiteindelijk 1,77cm als kritieke diameter. (itt wat Trias hier zegt tot 1,77cm remmend effect optreedt. Was mij ook niet gelijk helemaal duidelijk, maar Sasaki doet eerst [dFs/dx]_x=0 =2.rho.g Dus weldegelijk curve C)
Dat is wel een factor 2,5 groter dan uit het stuk van Clanet/Searby; die komen op een diameter van 7,2mm.
De opzet van formules is globaal hetzelfde (wortel van quotient"sigma - (product dichtheid gravitatie)"), maar her en der zijn de factoren die ervoor staan wat anders. (ik kom met de aangenomen waarden van Sasaki voor oppervlaktespanning, dichtheid etc in de formule van Clanet/Searby tot dezelfde waarden als hun dus daar kan het niet aan liggen). Ik heb het stuk van Clanet/Searby nog niet doorgelezen (tijd etc), dus ik beroep me er maar even op dat de quote van Henk007 klopt. Met zijn formule kom ik wel op dezelfde waarden als die in zijn quote staan, dus denk ik dat de discrepantie niet bij hem ligt
Details laten we maar zeggen , maar als je baas hetzelfde verschil in je loonstrookje maakt in jouw voordeel spring je een gat in de lucht

[ Voor 181% gewijzigd door mr_petit op 14-01-2011 17:45 ]

[CodeCaster]

SinergyX schreef op vrijdag 14 januari 2011 @ 17:16:
[...]

Geld dit dan ook voor bijvoorbeeld cilinders die bij het uiteinde een trechtervorm hebben?
(cilinder 1,5cm maar uiteinde 7mm?)

Ik denk, maar dat is een gut feeling, dat de waterdruk in de cilinder dan wel mee gaat tellen.

[ Voor 4% gewijzigd door CodeCaster op 14-01-2011 17:30 ]

[kaconst]

CodeCaster schreef op vrijdag 14 januari 2011 @ 17:29:
[...]

Ik denk, maar dat is een gut feeling, dat de waterdruk in de cilinder dan wel mee gaat tellen.

Mijn gut feeling is dat enkel de opening er toe doet. Het lijkt mij geen vershil te maken of het gaat om een cylinder, trechter of gewoon een vat met een opening onderaan.

mr_petit schreef op vrijdag 14 januari 2011 @ 17:17:
Wat me niet helemaal duidelijk is in het stuk van Sasaki zijn die curves A t/m D
Hij beschrijft dat dus als drukcurves voor verschillende radii, en stelt dat C de curve is die kritiek is (bij a en b stroomt het die, bij d wel, en c is dus het kantelpunt). Dat komt neem ik aan doordat C in eerste instantie dezelfde rc heeft als curve Fh, waarbij de opwaartse kracht dus even groot is als neerwaarts, en dus in beginsel al niets kan beginnen te stromen. Zo interpreteer ik het.

Niet helemaal juist: Je moet op die figuur kijken naar de snijpunten en niet naar de richtingscoëfficiënt. Het idee is dat er doorstoming is op het moment dat de drukken hetzelfde zijn (een snijpunt hebben dus). Dit is het geval in de oorsprong voor elke curve maar dat is niet interessant want de doorstroming is daar nul.
Je moet dus naar andere snijpunten kijken. Curve D heeft er geen, curve C heeft er in theorie twee, maar het tweede valt samen met het eerste: Er is doorstroming maar die is ook nul. De twee andere curves hebben wel een doorstroming verschillend van nul in de snijpunten.
Alle curves die boven C liggen hebben dus een tweede snijpunt en dus doorstroming. De diameter die bij C hoort is dan de kritische diameter.

Het verschil tussen de twee publicaties ligt eraan dat ze beiden feitelijk iets anders bereken. Sasaki berekent vanaf welke diameter er doorstroming is voor een opstelling waar de fles/buis van vertikaal met opening langzaam naar vertikaal met opening naar beneden wordt gedraaid.
Clanet&Searby hebben een opstelling waar het gat al vanonder zit maar plots geopend wordt dmv een deurtje.

[Mutatie]

kaconst schreef op vrijdag 14 januari 2011 @ 21:20:
[...]


Mijn gut feeling is dat enkel de opening er toe doet. Het lijkt mij geen vershil te maken of het gaat om een cylinder, trechter of gewoon een vat met een opening onderaan.


.

Als ik een colafles vol water met klein gaatje in de dop omkeer, dan weet ik toch wel zeker dat de fles leegloopt.

[ Voor 3% gewijzigd door Mutatie op 14-01-2011 23:34 ]

[mr_petit]

Net geprobeerd, en dat gebeurt dus niet

[SinergyX]

kaconst schreef op vrijdag 14 januari 2011 @ 21:20:
Mijn gut feeling is dat enkel de opening er toe doet. Het lijkt mij geen vershil te maken of het gaat om een cylinder, trechter of gewoon een vat met een opening onderaan.

Maar als je nu een buis hebt van zeg 5 meter, 7mm diameter. Nu weet ik niet hoeveel water daar in gaat, maar mijn 'stupid feeling' zegt dat er zeker wat water uit moet lopen ondanks ik de bovenkant dicht heb. Of is dat dan weer afhankelijk hoe de verhouding water/lucht is in de buis?

[Confusion]

mr_petit schreef op woensdag 12 januari 2011 @ 06:16:
Als ik een fles met water vul (of een dikke buis van enkele cm breed en 30cm lang) en die omkeer stroomt het natuurlijk gelijk leeg.
Heeft het iets met de viscositeit van water of oppervlaktespanning te maken in relatie tot de doorsnede van het slangetje? En hoe werkt dat dan?

Om de vraag een stapje op te schuiven: de dikkere buis stroomt leeg omdat er luchtbellen door de opening naar het onderdrukvolume borrelen. Dat weet je natuurlijk zelf ook, maar die waarneming betekent dat je de vraag ook andersom kan stellen: waarom gebeurt dat bij een smallere buis niet?

kaconst schreef op woensdag 12 januari 2011 @ 19:01:
Bij een te kleine dopdiameter vormt een bel zich te moeilijk,

De vraag is dan: waarom is dat zo? Vormt de bel zich helemaal niet of vormt zich wel een bel, maar is die te klein om zichzelf los te trekken van de wand? Bij een dunne capillair hangt vaak een druppel onderaan de buis: er lijkt niet eens een begin van een luchtbel te zijn. Maar waarom?

Een losse, maar waarschijnlijk betrokken, vraag is: wat zijn eigenlijk de krachten die er voor zorgen dat een luchtbel door de vloeistof, tegen de zwaartekracht in, naar het onderdrukvolume borrelt?

[Techneut]

Wanneer er nou wel of niet luchtbellen ontstaan is dus nog steeds een punt van duscussie. Maar als ze onstaan (je laatste vraag), dan is het vrij logisch dat ze omhoog borrelen. Lucht is nl. ongeveer een factor 1000 lichter dan water, dus stijgen ze omhoog. Dit heet opwaartse druk, ofwel de wet van Archimedes.

[Dido]

Mutatie schreef op vrijdag 14 januari 2011 @ 23:32:
Als ik een colafles vol water met klein gaatje in de dop omkeer, dan weet ik toch wel zeker dat de fles leegloopt.

Dat moet je dan vooral eens proberen, je zult versteld staan

Wat me verbaast is dat er nog niemand gerefereerd heeft aan een proefje dat ik tientallen keren gedaan heb als kind: vul een glas volledig met water (er mag geen lucht meer inzitten!) en leg er een velletje papier of een bierviltje op. Hou je hand op het velletje, keer de zooi om, haal je hand weg.

Door de luchtdruk blijft het velletje tegen het glas gedrukt zitten, en loopt er dus geen water uit.

Als de diameter van het gat onderin klein genoeg is, heb je hetzelfde effect: het water loopt er niet uit omdat de luchtdruk zorgt dat het op zijn plek blijft (en dus niet omdat er bovenin je slangetje een vacuum "zuigt"!).

De vraag is inderdaad onder welke omstandigheden er luchtbellen ontstaan die naar boven borrelen.

[mr_petit]

Techneut schreef op zaterdag 15 januari 2011 @ 16:56:
Wanneer er nou wel of niet luchtbellen ontstaan is dus nog steeds een punt van duscussie.

In dat stuk van Sasaki staat waarom er geen luchtbellen naar boven borrelen.

Dido schreef op zaterdag 15 januari 2011 @ 17:11:
[...]


Als de diameter van het gat onderin klein genoeg is, heb je hetzelfde effect: het water loopt er niet uit omdat de luchtdruk zorgt dat het op zijn plek blijft (en dus niet omdat er bovenin je slangetje een vacuum "zuigt"!).

Het is niet de luchtdruk die zorgt dat het op z'n plek blijft. Dit effect werkt wat anders. Het is eigenlijk de oppervlaktespanning die ervoor zorgt dat er geen lucht in kan lopen. De luchtdruk zorgt ervoor dat dit tot ca. 10 meter werkt (vanaf dat punt komt het water er als een kolom uitzetten en wordt de bovenkant vacuum getrokken), wat al volledig uitgewerkt werd in de 1e posts, dus vandaar dat niemand begonnen is over een glas water met een papiertje erop

kaconst schreef op vrijdag 14 januari 2011 @ 21:20:

Niet helemaal juist: Je moet op die figuur kijken naar de snijpunten en niet naar de richtingscoëfficiënt. Het idee is dat er doorstoming is op het moment dat de drukken hetzelfde zijn (een snijpunt hebben dus). Dit is het geval in de oorsprong voor elke curve maar dat is niet interessant want de doorstroming is daar nul.
Je moet dus naar andere snijpunten kijken. Curve D heeft er geen, curve C heeft er in theorie twee, maar het tweede valt samen met het eerste: Er is doorstroming maar die is ook nul. De twee andere curves hebben wel een doorstroming verschillend van nul in de snijpunten.
Alle curves die boven C liggen hebben dus een tweede snijpunt en dus doorstroming. De diameter die bij C hoort is dan de kritische diameter.

Volgens mij is het precies andersom. De curves boven C (dus curve A en B ) hebben geen doorstroming, omdat de Laplace druk groter is dan de hydrostatische druk. Dat schrijft hij ook:

This means that water does not flow
out of the inverted tube in the cases of A and B,

En dat is dus kennelijk ook de issue: de laplacedruk (gegenereerd door de oppervlaktespanning) moet ten minste de hydrostatisch druk opheffen. Dat zijn ook de curves die in de figuur zijn uitgezet: Fh is het verloop van de hydrostatische druk, en ABC en D zijn curves van lapace druk voor verschillend openingen (waarbij A het kleinst en D het grootst.)
En ook schrijft hij dat hij naar de rc in de oorsprong kijkt om te bepalen of de stroom van water initieel wel gehinderd wordt (en dus niet begint te stromen; rc Fs(0) > rc Fh(0)) of niet gehinderd wordt (en dus wel begint te stromen; rc Fs(0) < rc Fh(0))):

Thus the critical condition of
the outflow or the maximum diameter Dmof the test tube
hindering the outflow of water can be determined from the
radius R of the curve C, which has the same slope at the
origin as that of eq 5, namely....

[ Voor 62% gewijzigd door mr_petit op 15-01-2011 19:04 ]

[Confusion]

Techneut schreef op zaterdag 15 januari 2011 @ 16:56:
Lucht is nl. ongeveer een factor 1000 lichter dan water, dus stijgen ze omhoog. Dit heet opwaartse druk, ofwel de wet van Archimedes.

Een luchtbel in een bol water in gewichtsloze toestand, bijvoorbeeld in de ruimte, zal geen 'opwaartse' druk ondervinden. Het verschil in dichtheid alleen is dus niet voldoende om het effect te verklaren.

Dat een luchtbel in een aquarium en een luchtbel in een leegstromende fles allebei tegen de zwaartekracht in bewegen richting een gebied waar de druk lager is, is niet helemaal triviaal.

[Techneut]

In de ruimte is alles gewichtloos, heb je helemaal gelijk in. Maar de wet van archimedes spreekt ook niet van massa, maar van gewicht. En de opwaartse druk is overeenkomstig de wet van Archimedes gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof. En het hele topic hier gaat over toestand met gemiddelde luchtdruk, dus gewoon op zeeniveau.

[mr_petit]

Als je de term 'lichter' relateert aan gewicht heeft Techneut wel gelijk aangezien gewicht het produkt is van massa en gravitatie.
Als de term 'lichter' gerelateerd wordt aan massa / dichtheid natuurlijk niet

edit:
hij was me al voor

[ Voor 7% gewijzigd door mr_petit op 15-01-2011 21:09 ]

[kaconst]

Confusion schreef op zaterdag 15 januari 2011 @ 20:46:
[...]

Een luchtbel in een bol water in gewichtsloze toestand, bijvoorbeeld in de ruimte, zal geen 'opwaartse' druk ondervinden. Het verschil in dichtheid alleen is dus niet voldoende om het effect te verklaren.

Dat een luchtbel in een aquarium en een luchtbel in een leegstromende fles allebei tegen de zwaartekracht in bewegen richting een gebied waar de druk lager is, is niet helemaal triviaal.

Wut?

Heb jij ooit al eens een luchtbel spontaan naar beneden zien gaan dan? Luchtbellen gaan in normale omstandigheden gewoon naar boven, en dit onder de invloed van zwaartekracht vanwege het verschil in dichtheid tussen lucht en water. In gewichtsloze toestand maakt de dichtheid geen ruk uit juist omdat er geen zwaartekracht is.

Ik snap niet waarom een bel tegen de zwaartekracht in naar boven zou gaan? De bel stijgt juist vanwege de zwaartekracht en ik kan mij ook (buiten eventuele meesleureffecten) geen andere reden verzinnen om te verklaren dat een bel naar boven gaat.

mr_petit schreef op zaterdag 15 januari 2011 @ 18:43:
Volgens mij is het precies andersom. De curves boven C (dus curve A en B ) hebben geen doorstroming, omdat de Laplace druk groter is dan de hydrostatische druk. Dat schrijft hij ook:

Je hebt volledig gelijk. Mijn excuses voor de verwarring.

Om verder te gaan op belvorming: Een bel onstaat als er in het oppervlak zich een onregelmatigheid voordoet. Als dit bijvoorbeeld een deuk vaar binnen toe is. Dan moet die deuk (denk aan de vorm van een gesloten baai) groeien tot het oppervlak zich achter die deuk weer kan sluiten, en dan heb je een volumetje lucht omsloten door water: een bel.
Maar hier komt dan de oppervlaktespanning kijken. Die wil ervoor zorgen dat het oppervlak zo klein mogelijk is, met extra oppervlak gaat immers extra energie gepaard en de natuur streeft altijd naar minimale energie. Daarom vormt die bel zich zo moeilijk, van zodra er zich een deuk vormt die zou kunnen uitgroeien tot een bel zorgt die oppervlaktespanning ervoor da die deuk zo snel mogelijk weer platgestreken wordt.

Vergelijk het met een opgespannen rubbel vel. Bij een groot vel is het makkelijk hier een deuk in te duwen, bij een kleiner vel gaat dit veel moeilijker.

[Mutatie]

Dido schreef op zaterdag 15 januari 2011 @ 17:11:
[...]

Dat moet je dan vooral eens proberen, je zult versteld staan

Wat me verbaast is dat er nog niemand gerefereerd heeft aan een proefje dat ik tientallen keren gedaan heb als kind: vul een glas volledig met water (er mag geen lucht meer inzitten!) en leg er een velletje papier of een bierviltje op. Hou je hand op het velletje, keer de zooi om, haal je hand weg.

Door de luchtdruk blijft het velletje tegen het glas gedrukt zitten, en loopt er dus geen water uit.

Als de diameter van het gat onderin klein genoeg is, heb je hetzelfde effect: het water loopt er niet uit omdat de luchtdruk zorgt dat het op zijn plek blijft (en dus niet omdat er bovenin je slangetje een vacuum "zuigt"!).

De vraag is inderdaad onder welke omstandigheden er luchtbellen ontstaan die naar boven borrelen.

Verrek....

[Dido]

mr_petit schreef op zaterdag 15 januari 2011 @ 18:43:
Het is niet de luchtdruk die zorgt dat het op z'n plek blijft. Dit effect werkt wat anders. Het is eigenlijk de oppervlaktespanning die ervoor zorgt dat er geen lucht in kan lopen.

Zonder die luchtdruk zou er sowieso geen lucht inlopen. En zonder luchtdruk zou het water er een stuk eerder uitlopen. Welliswaar zou, als het gat klein genoeg is, de oppervlaktespanning dat tegen kunnen houden, maar zonder luchtdruk loopt het water er veel eerder uit. In het geval van het slangetje van de TS is dat al het geval, als alleen de oppervlaketspanning in het spel was zou het slangetje niet leeglopen als hij zijn vinger eraf haalt.

[mr_petit]

Dan begrijp je het onderzoek van Sasaki verkeerd omdat je appels met peren vergelijkt:
De luchtdruk zorgt dat het water er niet als een kolom uit komt zetten. Dat effect is in de eerste paar posts al vastgesteld en is voldoende uitgekauwd.
De oppervlaktespanning is in het in dit gestelde topic weldegelijk verantwoordelijk voor het effect dat er geen lucht in kan lopen. Lees het stuk van Sasaki er maar op na; hij stelt dat dit het geval is zolang de laplace druk (ten gevolge van de oppervlaktespanning) groter is of gelijk aan de hydrostatische druk.
Dat laatste effect speelt niet bij jouw voorbeeld met het glas (want daar zit papier voor wat er voor zorgt dat er geen lucht in kan lopen), en daarom gaat de vergelijking:

Als de diameter van het gat onderin klein genoeg is, heb je hetzelfde effect: het water loopt er niet uit omdat de luchtdruk zorgt dat het op zijn plek blijft (en dus niet omdat er bovenin je slangetje een vacuum "zuigt"!).

ook niet op.
Het water loopt er niet uit omdat er geen lucht in kan lopen ten gevolge van de oppervlaktespanning.

[Morty]

Dido schreef op zaterdag 15 januari 2011 @ 17:11:
[...]
het water loopt er niet uit omdat de luchtdruk zorgt dat het op zijn plek blijft (en dus niet omdat er bovenin je slangetje een vacuum "zuigt"!).

Dit is alleen een woordspelletje. De zuigende kracht van een vacuum en de drukkende kracht van de luchtdruk zijn natuurlijk precies dezelfde kracht vanuit een verschillend referentie punt gezien. Het enige relevante is het verschil in druk tussen de boven en onderkant.

Dido schreef op zondag 16 januari 2011 @ 01:11:
[...]

Zonder die luchtdruk zou er sowieso geen lucht inlopen. En zonder luchtdruk zou het water er een stuk eerder uitlopen. Welliswaar zou, als het gat klein genoeg is, de oppervlaktespanning dat tegen kunnen houden, maar zonder luchtdruk loopt het water er veel eerder uit. In het geval van het slangetje van de TS is dat al het geval, als alleen de oppervlaketspanning in het spel was zou het slangetje niet leeglopen als hij zijn vinger eraf haalt.

Natuurlijk oefent het druk verschil tussen boven en onderkant effectief een kracht omhoog uit, en eentje die groter is dan de kracht naar beneden van de zwaartekracht. Als het water een vast object was zou het simpel zijn, jij hebt dan precies gelijk. Het vreemde bij water is echter dan bij een smalle buis het water zich gedraagt als een vast object, maar bij een brede buis als een vloeistof.

De vraag van de TS is dus eigenlijk welke princiepes er voor zorgen dat de cohesie van het water bij een smalle buis niet doorbroken wordt en bij een brede buis wel.

[ Voor 51% gewijzigd door Morty op 16-01-2011 11:10 ]

[Confusion]

Techneut schreef op zaterdag 15 januari 2011 @ 21:07:
In de ruimte is alles gewichtloos, heb je helemaal gelijk in. Maar de wet van archimedes spreekt ook niet van massa, maar van gewicht. En de opwaartse druk is overeenkomstig de wet van Archimedes gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof. En het hele topic hier gaat over toestand met gemiddelde luchtdruk, dus gewoon op zeeniveau.

Alleen heeft een aquarium een bodem op 'oneindige' druk en bevindt zich boven het water een ruimte op atmosferische druk. We hebben nu een bodem die deels op atmosferische druk is en boven het water een ruimte op onderdruk. Ik denk dat bellen in zo'n fles misschien wel een stuk langzamer stijgen.

kaconst schreef op zaterdag 15 januari 2011 @ 21:17:
[...]
Wut?
Heb jij ooit al eens een luchtbel spontaan naar beneden zien gaan dan? Luchtbellen gaan in normale omstandigheden gewoon naar boven, en dit onder de invloed van zwaartekracht vanwege [..]

Zeker, alleen zijn dit misschien wel geen 'normale' omstandigheden. Zou je de druk aan weerszijden van het water zo kunnen manipuleren dat de bellen omlaag gaan bewegen?

[Dido]

Confusion schreef op zondag 16 januari 2011 @ 11:15:
Zeker, alleen zijn dit misschien wel geen 'normale' omstandigheden. Zou je de druk aan weerszijden van het water zo kunnen manipuleren dat de bellen omlaag gaan bewegen?

Daar heb ik jaren geleden (ik denk in de Kijk) een iets over gelezen: een zwembad waarin het water bovenin het ruimte zat, en onderin lucht. Door de druk van de lucht genoeg op te voeren zou de dichtheid groter worden dan water (de druk in het water neemt evenredig toe, maar de dichtheid blijft gelijk omdat het een vloeistof is).

Luchtbellen zouden dan uiteraard naar beneden bewegen door het water, net zoals waterbellen omhoog zouden drijven door de lucht.

Ik heb nooit nagerekend of het ueberhaupt praktisch haalbaar is om lucht (of iets dergelijks) tot een grotere dichtheid dan water samen te persen terwijl het gasvormig blijft.

[Gideon]

Is dat niet vergelijkbaar met het truukje van de luciferkop in het bierflesje? Volgens mij was het zo dat door drukverhoging het volume aan lucht in het hout dusdanig werd gereduceerd dat het gewicht van het afstrijkmateriaal de luciferkop deed 'zinken'. Iets dergelijks kan ik me voor lucht (zuurstof + stikstof) ook wel voorstellen, alhoewel het de vraag is in hoeverre er dan nog van een 'gas' is te spreken...

[mr_petit]

Ik kan me nauwelijks voorstellen dat samengeperste lucht zwaarder wordt dan water. Lucht is vloeibaar namelijk zelfs lichter dan water (in verhouding 80/20 N₂/O₂)

Maar misschien speelt er nog een ander effect.

[Henk007]

Ik weet dat de ideale gaswet niet meer geldt bij extreme druk, maar 1 kg N₂ heeft bij 285 K een volume van 0.84 m³. Ofwel dichtheid ρ= 1.185 kgm^-3 bron
Om dit te comprimeren naar ρ > 10³ kgm^-3, moet je de druk dus dus verhogen naar ca 845 bar. Waarschijnlijk zelfs meer, doordat je buiten het regime van een ideaal gas komt.
Als iemand zin en tijd heeft mag hij even een (Soave-)Redlich-Kwong berekening doen.

[ Voor 12% gewijzigd door Henk007 op 16-01-2011 18:46 ]

[mr_petit]

Bij die drukken is stikstof toch allang een vloeistof?

[Henk007]

Nee de kritische waarden van N₂ zijn als volgt, bron wikipedia.

code:

Nitrogen    -146.9 °C (126 K)   33.5 atm (3,390 kPa)

Boven T_K, P_K bestaat alleen de superkritische fase

[ Voor 16% gewijzigd door Henk007 op 16-01-2011 19:17 ]

[Firestorm]

en daarom hebben ze bij mona dit:

[mr_petit]

Ja, en dat is tot behoorlijke vormen nog nodig aangezien pudding doorgaans een ontiegelijke oppervlaktespanning heeft

Toevallig dacht ik vandaag nog even aan dit fenomeen toen ik toevallig een wat dikkere siliconenslang beethad met wat vloeistof. Toch maar ff proberen dacht ik
Maar toch werkte het niet.
Het slangetje was binnenin ca 8mm (dus binnen de bandbreedte voor water), maar was niet gevuld met puur water maar een zuuroplossing met nikkelzouten en kobaltzouten en nog wat zooi. Wellicht/waarschijnlijk was de oppervlaktespanning veel te laag (er zat denk ik ook wel een wetting agent in )
(overigens ook niet heel secuur geprobeerd aangezien ik die zooi niet over de grond wou hebben lopen bij een klant )

[ Voor 72% gewijzigd door mr_petit op 02-02-2011 22:03 ]

[AlexanderB]

probeer maar eens met zeepwater in die 3mm slang, ook gelijk afgelopen..

[mr_petit]

Net geprobeerd, maar met een schoon en geconcentreerd sopje blijft het er wel inzitten.
De oppervlaktespanning is dus nog hoog genoeg.