Energiesparproblem mit Wasserschlauch?

Es ist verlockend zu glauben, dass der Grund für die Beschleunigung des Wassers darin besteht, dass die Durchflussmenge konstant bleibt, wenn die Fläche der Schlauchöffnung abnimmt. Dies ist jedoch nicht korrekt (stellen Sie sich vor, was passiert, wenn Sie den Bereich auf ein kleines Loch verkleinern – Sie werden sicherlich nicht so viel Wasser durchlassen). Nicht der Volumenstrom bleibt gleich, sondern der Druck an der Quelle (ich meine, Sie könnten eine spezielle Pumpe mit konstantem Durchfluss aufstellen, aber ich gehe davon aus, dass Sie nur eine kommunale Wasserquelle verwenden). Was die Geschwindigkeit bestimmt, mit der das Wasser aus dem Schlauch austritt, ist der Druck direkt am Ende des Schlauchs. Bei einem weit geöffneten Schlauch ist dieser Druck gering. Das Wasser bewegt sich gerade schnell genug durch alle Rohrleitungen und den Schlauch, wobei der Druck aufgrund von Reibung auf dem gesamten Weg abfällt. dass dort, wo er den Schlauch verlässt, praktisch kein Druck mehr vorhanden ist. Wenn Sie das Ende des Schlauchs zusammendrücken und eine Drosselung einführen, verringern Sie die Durchflussmenge und damit die Geschwindigkeit des Wassers durch die Rohrleitung. Der Druckabfall auf dem Weg ist geringer (weniger Geschwindigkeit = weniger Reibung), sodass am Ende des Schlauchs mehr Druck verbleibt und das Wasser mit höherer Geschwindigkeit herausspritzt.

Die Energie pro Zeiteinheit des Wassers, das den Schlauch verlässt, ist die Volumenstromrate multipliziert mit dem Druck am Ausgang. Sie ist am höchsten bei einem teilweise verengten Ausgang, wenn weder der Druck noch der Durchfluss nahe Null sind. Es mag widersprüchlich erscheinen, dass Sie die Energie des austretenden Wassers erhöhen können, indem Sie den Fluss blockieren, aber das ist der Fall. Auf die Frage, woher die Zunahme der kinetischen Energie des Wassers nach dem Austritt aus dem Schlauch kommt, ist es die potentielle Energie, die das Wasser im Schlauch aufgrund seines Drucks hat. Wenn das Wasser den Schlauch verlässt, fällt der Druck und die potentielle Energie wird in kinetische Energie umgewandelt.

Da Wasser eine inkompressible Flüssigkeit ist und wenn Sie das Ende eines Rohrs zusammendrücken, verringern Sie die Querschnittsfläche, sodass die Geschwindigkeit zunehmen muss (überprüfen Sie die Kontinuitätsgleichung) und damit auch der KE.

Da Masse=Dichte×Volumen, m=dAx Da bleibt die kinetische Energie erhalten KE=1/2mv^2=1/2(DAx)v^2. Da KE konstant ist, muss die Geschwindigkeit mit abnehmender Fläche zunehmen. A ist die Fläche, v die Geschwindigkeit und x die Länge der Wassersäule.

Wahrscheinlich hast du eine Pumpe.

Okay, eine solche einzelne Zeile mag sich tl; dr anfühlen, aber das wäre eigentlich die punktgenaue Antwort, da Sie gesagt haben, "die Menge an freigesetztem Wasser ist gleich" - was ich "in der gleichen Zeit" annehme. Wenn der Wasserdurchfluss geringer war, war die Antwort möglicherweise etwas anders.

Es erhält diese "verlorene" kinetische Energie von einem Motor oder einer Wasserpumpe , die das Wasser ständig nach vorne "schieben" und es nicht stoppen und zurücklaufen lassen, wenn es das kleine Loch erreicht.
Die Antwort hier ist also, dass der Motor dem Wasser die nötige Energie gibt, um weiterzumachen, und wie der Motor diese Energie erhält, das ist eine andere Geschichte.