Warum gibt Speichel am Finger die richtige Windrichtung an?

Wenn wir an einem Finger lecken und ihn in die Luft halten, ist die Seite, die gekühlt wird, diejenige, die in die Richtung zeigt, aus der der Wind weht. Aber bedenken Sie, wenn wir einen Querschnitt des Fingers nehmen, dh ihn von oben betrachten, sehen wir den Wind, der an unserem Finger weht, und unser Finger kann als Zylinder betrachtet werden.

Aus Beispielen wie der sich um ein zylindrisches Objekt bildenden Wirbelstraße wissen wir, dass hinter dem Objekt ein Unterdruck herrscht. Ein niedrigerer Druck würde normalerweise dazu beitragen, dass der Speichel schneller verdunstet, und daher würde man unter diesem Gesichtspunkt erwarten, dass die windabgewandte Seite des Fingers schneller verdunsten würde.

Was ist die Erklärung dafür?

Antworten (4)

Erstens, der Grund, warum der Finger mit etwas Speichel windempfindlicher wird, ist nicht, dass der Speichel verdunstet, sondern weil der Speichel oder Wasser ein guter Wärmeleiter ist. Der Finger muss wärmer sein als die Luft, damit die Wärme vom Finger zur Luft fließt, und ein guter Wärmeleiter wie Speichel unterstützt diesen Wärmefluss.

Zweitens, weil es auf die Temperatur und nicht auf die Verdunstung ankommt, müssen wir uns um die Temperatur der Luft kümmern, da diese den Finger tatsächlich kühlt. Ohne Wind bildet der menschliche Körper – der wärmer als die Luft ist – in unmittelbarer Nähe der Haut eine dünne Schicht erwärmter Luft, die als Wärmeisolator wirkt und die Auskühlung des menschlichen Körpers verlangsamt.

Aber der Wind stört diese isolierende Schicht auf der Vorderseite des Fingers und die kühlere Luft kommt direkt mit dem Finger in Kontakt (oder mit dem Speichel am Finger). Die Luft auf der gegenüberliegenden Seite des Fingers steckt entweder in Wirbeln fest – die möglicherweise etwas wärmere Luft zurückführen (die zuvor vom Finger erwärmt wurde), oder wenn es keine Wirbel gibt, ist die Luft auf der gegenüberliegenden Seite des Fingers immer noch wärmer weil es "kürzlich" vom Finger aufgeheizt wurde, als die Luft um den Finger strömte.

In Bezug auf Ihren ersten Absatz glaube ich nicht, dass das Platzieren eines guten Leiters zwischen zwei Objekten einen größeren Wärmefluss verursacht als der direkte Kontakt zwischen den beiden Objekten. Der dazwischenliegende Leiter wird dem Wärmestrom einen gewissen Widerstand entgegensetzen, der sonst nicht vorhanden war.
Keine Verdunstung? Funktioniert es nicht bei warmer Luft? Was ist Ihre Referenz?
Ich denke, die thermische Empfindlichkeit verschwindet in der Luft der Temperatur im Grunde gleich der Körpertemperatur. Auch wenn die Verdunstung eine Rolle spielen würde, gäbe es eine solche Temperatur ohne Empfindlichkeit . Es gäbe immer eine Temperatur, bei der die Erwärmung des Fingers durch die Umgebungsluft die Abkühlung des Fingers durch die Verdunstung aufheben würde. Die einzige Frage wäre, wie hoch die Temperatur ist - äquivalent, wie ist das Verhältnis der Wichtigkeit der Kühlung durch Kontakt und der Kühlung durch Verdunstung. ... Ich habe keine Referenz. Der eigentliche Zweck dieser Seite ist es, eins zu werden.
Oberhalb dieser Temperatur kehrt sich der Effekt um. Wenn Sie heiße Luft aus einem Ofen strömen lassen, wird sich die Vorderseite des Fingers sicherlich wärmer anfühlen.
@LubošMotl: Ich habe großen Respekt vor deinen guten Antworten, aber ich glaube, in dieser Frage liegst du falsch. Menschen mit einer Körpertemperatur von 37 ° C leben (und erzeugen Körperwärme) an Orten mit 40 ° C, an denen die Luftfeuchtigkeit glücklicherweise niedrig ist. Sie verlieren die überschüssigen Kalorien durch Verdunstung (es sei denn, ich irre mich stark :)
Mike, ich zweifle nicht daran, dass sich Menschen durch Schwitzen usw. abkühlen, damit sie bei Temperaturen leben können, die ihre Körpertemperatur übersteigen. Das heißt aber nicht, dass diese Verdunstungskühlung der Haupt- oder Hauptgrund dafür ist, warum sich der nasse Finger kalt anfühlt. Der Grund ist eher der Grund, warum sich metallische Gegenstände kälter anfühlen – obwohl das Metall nicht verdampft – nämlich die Wärmeleitung.
@LubošMotl: Metallische Gegenstände fühlen sich nur dann kalt an, wenn sie unter deiner Hauttemperatur liegen. Wenn Sie jedoch 40 ° C heißen Spieß auf Ihren Finger geben und ihn in 40 ° C Wind halten, kühlt der Spieß schnell auf unter die Körpertemperatur ab und beginnt, Ihren Finger zu kühlen. Versuchen Sie als Experiment, Ihren Finger an einem Tag mit 40 ° C mit Aluminiumfolie zu umwickeln. Ich glaube, Sie werden kein kühlendes Gefühl bekommen.
Lieber @James, ich glaube, Sie verwechseln das Gefühl „diese Hautstelle fühlt sich kühler an als andere Hautstücke“ und das Gefühl „diese Hautstelle ist kühler als der Körper“. Das sind zwei verschiedene Dinge. Sowohl Speichel als auch Metalle sind in der Lage, Ersteres an einer Stelle der Haut zu erreichen; während es für beide schwer ist, letzteres zu erreichen. Schwitzen kühlt auch die Haut, aber die Geschwindigkeit dieser Abkühlung durch Verdunstung ist langsamer als die, die man aufgrund der Wärmeleitung erhält, oder zumindest haben Sie noch kein Argument angeführt, das etwas anderes implizieren würde.
@LubošMotl, danke für das anregende Gespräch. Ok, machen wir ein anderes Gedankenexperiment. Stellen Sie sich vor, dass Ihr Finger von einer dünnen Schweißschicht umgeben ist, die bei Hauttemperatur beginnt und dann in dünnes Plastik (wie Frischhaltefolie) eingewickelt wird, so dass keine Verdunstung möglich ist. Ich behaupte, dass der Schweiß überhaupt nicht dazu beiträgt, die Haut zu kühlen. Die einzige Möglichkeit für den Schweiß, Wärme in dieser Situation abzugeben, ist die Konvektion an die Luft, aber dieser Wärmeverlust könnte genauso gut ohne die Schweißschicht erreicht werden. Wenn dies zutrifft, würde dies bedeuten, dass der Schweiß zur Kühlung NUR durch Verdunstung beiträgt.
Oder um das, was @MikeDunlavey oben gesagt hat, neu zu formulieren, erklären Sie bitte, wie ein Leiter, der zwischen einem 37 ° C heißen Finger und 40 ° C warmer Luft platziert wird, den Finger kühlt.
James, ich stimme dir zu – ein Leiter, der zwischen deinem Körper und einem 40-Grad-Objekt platziert wird, wird helfen, deinen Finger zu wärmen , nicht ihn abzukühlen. Ich sage nur, dass zB bei 25 Grad Celsius oder ähnlichen Bedingungen die Kühlung durch den Kontakt mit der Luft mehr zur Kühlung beiträgt als die Kühlung durch Verdunstung irgendeiner Flüssigkeit.
Das Experiment besteht darin, an einem wirklich warmen, windigen Tag (über Körpertemperatur) hinauszugehen und zwei Finger in die Luft zu halten, einen nassen und einen trockenen. Welches wird sich wärmer anfühlen? Ich garantiere Ihnen, dass es der nasse ist.
Nein, meine Theorie sagt voraus, dass sich der nasse Finger auch kälter anfühlt.
@PeterShor: Ist dein Kommentar oben ein Tippfehler? "Welcher wird sich wärmer anfühlen? Ich garantiere dir, dass es der nasse ist." Es scheint Ihrem Kommentar unter Ihrer Antwort zu widersprechen. "... Verdunstung kann Temperaturen um mehrere Grad Celsius senken."
@James: in der Tat, es ist ein Tippfehler. Danke.
Und ist Thznks ein weiterer Tippfehler, @PeterShor?

Der Prozentsatz, um den der Druck auf der Leeseite Ihres Fingers abnimmt, ist winzig, sodass er die Verdunstungsrate kaum beeinflusst.

Aber auf der Luvseite gibt es eine dünne Grenzschicht und Luftströmung darüber, die verdunstetes H2O wegträgt, viel mehr als auf der Windschattenseite, oder? (Ich war in ME am MIT. S. 420 in Rohsenow und Choi, Heat, Mass, and Momentum Transfer diskutiert Feuchtkugelthermometer. Insbesondere gibt es einen Stoffübertragungs-Konvektionsbegriff H D . Auch S. 384 spricht über Grenzschichten in der Konvektion. Hier werden keine Probleme mit dem Wind / Wind besprochen, aber ich denke, die grundlegende Aerodynamik tut dies.)
Ich gehe davon aus, dass auf der Luvseite eine höhere Windströmung und damit mehr Verdunstung vorhanden ist. Ich kenne jedoch nicht genug Fluiddynamik, um dies zu unterstützen. Die Methode der Webbirne/Trockenkugelthermometer zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeit zeigt, dass die Verdunstung die Temperaturen um mehrere Grad Celsius senken kann.
Aber selbst wenn der Druckabfall winzig ist, gibt es nach dieser Logik einen erhöhten Druck auf der Vorderseite; dies kann zu erhöhter Verdunstung auf der Rückseite führen.
Rechts. Es gibt die erhöhte Verdunstung durch niedrigeren Druck auf der Rückseite und die erhöhte Verdunstung durch höhere Windgeschwindigkeit auf der Vorderseite. Man kann leicht Ressourcen finden, die diese beiden Effekte bestätigen. Möglicherweise müssen Sie die Literatur durchsuchen und Zahlenwerte finden, um herauszufinden, welcher Effekt größer ist. (Oder Sie könnten dies einfach experimentell feststellen, indem Sie an einem windigen Tag einen nassen Finger hochhalten.)

Ich denke, es ist ungefähr so, als würden wir unsere Suppe aufblasen, um sie kalt zu machen, oder nicht? Die flüssigen Fäden verringern den Druck auf der Brüheoberfläche und das Wasser geht aufgrund des geringeren Drucks leichter vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über. Verdunstung entzieht Energie und kühlt die Suppe.

Dies ist das Gegenteil von Lubos Motls Antwort. Siehst du?
Ich weiß es nicht wirklich, es tut mir so leid: In der Wissenschaft "spiele ich nach Gehör", da ich ein Musiker (ein Trompeter) bin youtube.com/watch?v=a_pePlo3j0I
Abgesehen von meinem amatorialen Ansatz scheint es auf jeden Fall auf der anderen Seite von Lubos Motls Antwort zu stehen.

Was Sie spüren, ist tatsächlich eine Zunahme des Wärmeflusses von Ihrem Finger weg aufgrund einer Zunahme der konvektiven Wärmeübertragung durch lokal auftreffende Strömung in Windrichtung, zusammen mit einer erheblichen Steigerung der konvektiven Wärmeübertragung durch den verdunstenden Speichelfilm.

Ich werde diese beiden Phänomene im Folgenden erläutern.

Es gibt eine Aufprallströmung gegen Ihren Finger, die vom Wind kommt. Dies führt zu einer lokal dünnen Grenzschicht an der Aufprallstelle, wodurch die konvektive Wärmeübertragung erhöht wird, da dünnere Grenzschichten dem Wärmefluss einen geringeren Widerstand entgegensetzen.

Darüber hinaus entsteht beim Ablecken des Fingers ein dünner Verdunstungsfilm, der die konvektive Wärmeübertragung noch weiter erhöht; Eine dünne Schicht verdampfender Flüssigkeit bietet einen kleinen Widerstand (es ist eine dünne Schicht) plus eine große latente Verdampfungswärme, die zum Verdampfen erforderlich ist. Ihre Haut liefert diese latente Wärme.

Hast du die Antwort von Lubos Motl gelesen? Wie stellen Sie sich seiner Meinung?
@jaromrax, meine Antwort ähnelt der von Lubos Motl, aber ich denke, er hat nicht hervorgehoben, dass der Hauptgrund, warum der Finger an Wärme verliert, an einem dünnen Speichelfilm liegt, der einen geringen Leitungswiderstand aufweist.
Es ist offensichtlich, dass es 2 verschiedene Meinungen gibt. Argumente würden es deutlich machen, keine Aussagen.
Warum gibt Speichel am Finger die richtige Windrichtung an?
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