Eine Tasse Wasser in NULL-Schwerkraft

Was passiert, wenn ich versuche, eine Tasse Wasser in der Schwerelosigkeit in eine andere leere Tasse zu gießen? Kommt das Wasser aus der Tasse? Die Haftkraft zwischen den Wassermolekülen und dem Inneren des Bechers soll das Austreten des Wassers verhindern. Ist es richtig? Oder steckt noch etwas dahinter?

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Diese Frage ist eine weitere Erinnerung daran, dass diese (ausgezeichnete) Seite „zweigeteilt ist“. Hier treten zwei erstaunlich unterschiedliche Arten von QA auf. (Etwa die Hälfte, würde ich sagen.) Die erste Hälfte sind wirklich schwierige Fragen "innerhalb" der modernen Physik (sei es über Elementarteilchen, mathematische Physik oder was auch immer). Die zweite Hälfte ist eine rein pädagogische Qualitätssicherung in Bezug auf die extrem grundlegende Newtonsche „Physik“ auf High-School-Niveau . Natürlich versteht jeder Experte auf dieser Seite offensichtlich und trivialerweise jeden Aspekt (sagen wir) dieser Frage vollständig: Der Trick, um Qualität zu beantworten, ist rein pädagogische Exzellenz .
@JoeBlow "Vollständig" ist so ein starkes Wort :-). Abhängig davon, womit es in Kontakt kommt, und von verschiedenen sekundären Faktoren, kann Wasser in Null- oder „Mikro“-Schwerkraft durch „Oberflächenspannung“ um ein berührendes Objekt gezogen werden und eine Außenhaut bilden. Nicht alle "Experten", die dies kommentieren, werden sich dessen bewusst sein, und keiner der bisher Kommentierenden oder Antwortenden hat es bemerkt. jdlugosz kam ihm am nächsten.

Antworten (5)

Wenn Sie in der Schwerelosigkeit einfach eine Tasse kopfüber halten, sollte die Flüssigkeit nicht auslaufen. Dinge in der Schwerelosigkeit gehorchen jedoch immer noch Newtons Gesetzen. Wenn Sie die Tasse wegziehen, sollte das Wasser zurückbleiben. In Wirklichkeit würde eine plötzliche Bewegung des Bechers hinter dem Wasser einen geringeren Druck erzeugen als davor, sodass der Luftdruck versuchen würde, ihn im Becher zu halten, aber die Beschleunigung, die dadurch erreicht werden kann, ist endlich, sodass eine schnelle Bewegung „befreien“ könnte. das Wasser aus der Tasse.

Wenn Ihre Tasse halbkugelförmig ist, können Sie alternativ das Wasser mit einer schnellen Bewegung des Handgelenks entnehmen, indem Sie den Behälter mit der zurückbleibenden Flüssigkeit drehen. Mit dem anderen Becher könntest du dann den flüssigen Ball im Raum „aufsammeln“.

Ein potenzielles Problem dabei, dies in einer Schwerelosigkeitsumgebung zu tun: Dies wird wahrscheinlich chaotisch, und das einzige, was Sie in Satelliten (wie der ISS) lieber nicht haben möchten, ist "Zeug" (kleine Wassertropfen, leitende Stücke von zerbrochenen Bleistiften). usw.) herumschweben und in die Elektronik einsteigen. Abgesehen davon ist die Elektronik heutzutage ziemlich gut geschützt, und das Filtersystem in der ISS kümmert sich um das meiste, was herumschwimmt. aber wenn die Filter nass werden, besteht immer die Gefahr von Schimmelbildung...

Kurz gesagt, während die Schwerkraft fehlt, gehorchen Flüssigkeiten noch physikalischen Gesetzen. Trägheit, Oberflächenspannung und atmosphärischer Druck funktionieren weiterhin normal. Die Kraft der Oberflächenspannung auf eine Flüssigkeit in einem Becher ist sehr klein im Vergleich zur Kraft des Kabinendrucks – für eine gegebene Oberflächenspannung σ , Radius r und Kontaktwinkel θ Sie würden die Kraft berechnen als

F = 2 π r σ Sünde ⁡ θ

Mit σ = 0,07 N/m, r = 5 cm und θ = 45° (Ballparkzahlen), hätten Sie eine Kraft von < 0,02 N. Das hält die Flüssigkeit nur dann an Ort und Stelle, wenn keine anderen Kräfte wirken. Befinden sich 200 ml Flüssigkeit im Becher (0,2 kg), - eine Beschleunigung von nur 0,1 m/s 2 würde ausreichen, um es "auszuschütteln".

Es ist einfach, eine Schwerelosigkeitsumgebung zu schaffen. Werfen Sie einfach die Tasse Wasser in die Luft. Dann, während es in der Luft ist, nimm die Tasse einfach vom Wasser weg. Mein Sohn hat mich einmal gefragt, wie Dinge im Weltraum schweben können. Ich habe gerade mit Autoschlüsseln demonstriert. Ich warf sie hoch und folgte ihnen mit meiner Hand. Sie "schwebten" über meiner Hand :)
@MikeDunlavey Wie ist das aber das gleiche Konzept?
@ user3932000: Sie müssen nicht im Weltraum sein, um in einer Schwerelosigkeitsumgebung zu sein. Tatsächlich ist ein weniger verwirrender Begriff "freier Fall". Es kann leicht in einem Flugzeug durchgeführt werden .
@MikeDunlavey Aber sind Schwerelosigkeit und Schwerelosigkeit nicht zwei verschiedene Dinge?
@ user3932000: Nein, es gibt wirklich keine Schwerelosigkeit, es sei denn, Sie gehen weit hinaus ins Universum, weit weg von Galaxien usw. An Bord der ISS gibt es viel Schwerkraft. Die ganze Struktur und alles darin fällt auf die Erde. Es bewegt sich einfach so schnell horizontal, dass sich die Erdoberfläche so schnell wie es fällt, wegbiegt, weil es gekrümmt ist, sodass die ISS dem Boden nie näher kommt. Sie nennen es "Mikrogravitation", aber das bedeutet nur, dass alles gleichzeitig zusammenfällt.
@MikeDunlavey Aber warum ist die Tatsache, dass es keine echte Schwerelosigkeit gibt, in dieser Situation relevant? Dies scheint eine theoretische Frage zu sein, sicherlich kann sie theoretische Antworten haben.
@ user3932000 Mike hat auf Ihren Einwand gegen seine Freifall-Analogie geantwortet; Tatsächlich simulieren alle "Mikrogravitations" -Situationen (ISS sowie Parabelflug) nur die Schwerelosigkeit, da alles mit der gleichen Geschwindigkeit fällt. Ich denke wir sind uns hier alle einig...
Mike – eine gute Art, das zu erklären, ist, dass Satelliten tatsächlich genau wie der „Erbrochene Komet“ sind … aber sie halten einfach länger.
In Bezug auf die „Unordnung“ loser Wassertröpfchen gibt es mehrere Videos, darunter das eine, mit dem Pentan verknüpft ist, von Astronauten, die verschiedene Dinge tun, die ein paar Wassertröpfchen verstreuen, und sie scheinen nicht besorgt zu sein.
@JeannePindar - Ich habe mir das Video angesehen. Sehr cool - danke dafür! Ich habe meinen Vorbehalt leicht modifiziert.

Gießen? Ohne Schwerkraft geht es nicht.

Im NASA-Fernsehen (siehe Video ) sah ich die Prototypen der Kaffeetassen . Sie sind mit einer scharfen Falte geformt, damit Flüssigkeit in der Rille nach oben fließen kann. Fortgeschrittenere Produkte würden auch wachsartige und benetzbare Oberflächen mischen, um sie an der Innenseite des Bechers haften zu lassen, aber nicht über den Rand zu kriechen, außer an der Trinklinie.

https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSvJFMOZpjTXVQZp6fuXyH5UXcTBH3TPBjNjsbAcEeBWegNHCYg

Die Bilder sind schwer zu verstehen; Sehen Sie sich das Video an oder lesen Sie einen Artikel, der eine Reihe von Bildern und Diagrammen zeigt.

Dies ist die beste und klarste Antwort. Ohne Schwerkraft kann man einfach nicht gießen . Die Frage ist nicht anders als die Frage "Was ist, wenn ich in die Schwerelosigkeit 'falle' ..." Nun, es gibt kein Fallen.
@JoeBlow Oder fallen ist genau das, was du die ganze Zeit machst.
@MichaelKjörling je nachdem wo du bist. Wenn Sie sich auf halbem Weg zwischen Milchstraße und Andromeda befinden, fallen Sie überhaupt nicht. Es wirkt einfach nicht genug Schwerkraft auf dich, um irgendetwas zu fühlen.
Hallo Michael, das stimmt, aber vergiss nicht, dass diese Qualitätssicherung rein pädagogisch ist . Jeder Experte hier versteht alle Feinheiten und Erkenntnisse wie "Du fällst, selbst wenn du auf einem Planeten stehst!" sind uninteressant. Der gesamte pädagogische Kern der QA besteht darin, dass das OP (oder andere absolute Anfängerleser) erkennen, dass sich das Gießen ausschließlich auf die „Schwerkraft“ bezieht und wenn Sie sich in einer Situation „ohne“ Schwerkraft befinden, kein Gießen. Natürlich wissen Sie und ich, dass „Schwerkraftlosigkeit im Orbit“ eine Vereinfachung ist – aber die vorliegende Lektion liegt auf dieser Ebene.

Denken Sie an die Gesetze von Newton. In diesem Fall wird das Wasser nur mit den Kräften beschleunigt, die Sie beim Kippen des Bechers aufbringen. Unter der Annahme, dass der Becher nicht heftig gekippt wird: Durch die Wasserstoffwechselwirkungen wird das Wasser daher am ehesten in Form einer oder mehrerer leicht deformierter Blasen in der Luft oder je nach "Kippkräften" im Becher herumschwimmen.

Die Haftkraft zwischen den Wassermolekülen und dem Becherinneren sollte...

Selbst ohne Haftkraft wird sich das Wasser niemals in der 0-Schwerkraft bewegen, da es kein Oben oder Unten gibt, keine Kraft auf es einwirkt.

Sie können in diesem Video bei 1:15 deutlich sehen, dass Sie auf den Boden eines Plastikbechers klopfen müssen, um das Wasser aus einem Plastikbecher zu bekommen

Wasser könnte nicht in flüssiger Form bleiben, denn ohne Schwerkraft gäbe es keinen Druck, und eine Flüssigkeit braucht Druck, um in flüssiger Form zu bleiben

Und wie erklären Sie sich das: youtube.com/watch?v=s63JXdsL5LU ?
Für einen geschlossenen Behälter wie ein Raumschiff gilt das überhaupt nicht.
Eine Tasse Wasser in NULL-Schwerkraft
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