Was verursacht diesen Dreieckseffekt? (Wasserfall)

Ich war im Garten eines Freundes und habe folgendes gesehen:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Meine Frage ist: Was bewirkt, dass das Wasser zum Zentrum fließt? Mein erster Gedanke war, dass das Wasser in der Mitte vielleicht schneller fällt und dadurch eine Art Kraft nach innen erzeugt, aber weil die Schwerkraft sich nicht um das Gewicht kümmert, denke ich nicht, dass das richtig ist ...

Mir ist auch aufgefallen, dass die Breite des Wassers bis auf die Ränder überall gleich ist. Das Wasser, das zur Mitte fließt, bildet dort eine kleine Röhre.

Was verursacht diesen Effekt? Oder liegt es einfach am Design dieses Brunnens? (Ich glaube nicht, ich habe das schon bei anderen Designs gesehen)

Liegt es wahrscheinlich an der Oberflächenspannung des Wassers?
@KunalPawar Ich glaube, andere Flüssigkeiten verhalten sich auch so. Aber ich weiß es nicht wirklich: D
Wenn dies nicht durch das Design des Brunnens verursacht wird (was ich vermute), dann ist dies mit ziemlicher Sicherheit ein Effekt, der durch die Oberflächenspannung des Wassers verursacht wird.
Ja, alle Flüssigkeiten haben die Tendenz, ihre Oberfläche zu minimieren. Es braucht Energie, um eine größere Surffläche zu haben.
Wie groß ist die Anfangsgeschwindigkeit des Wassers am Ende des Ausgusses? Wird es nicht einfach in Richtung Mitte gespritzt?
@innisfree es ist schwierig, das auf dem Bild zu erkennen, aber es sieht so aus, als würde es nicht in die Mitte geworfen.
@innisfree du hast recht. Es fließt nicht nach unten oder so. Die Wassermenge im Pool nimmt nur zu und wird in die Mitte geschoben
Ich denke, das liegt einfach an der Oberflächenspannung und daran, dass sich das Wasser beim Fallen schneller bewegt. Natürlich kann der Wasserstrom keine konstante Querschnittsfläche haben, wenn er fällt und zunehmend schneller wird, da das Wasservolumen, das an jedem Punkt des Stroms vorbeifließt, konstant bleiben muss. Die Querschnittsfläche muss also kleiner werden. In diesem Fall eines Stroms mit einem langen, dünnen, horizontalen Querschnitt mit einer großen Oberfläche bewirkt die Oberflächenspannung, dass sich der Strom beim Fallen horizontal zusammenzieht.
Warum ist es nicht das Bernoulies-Prinzip als Antwort, die gelöscht wurde? Das erscheint mir ziemlich logisch
Ich würde eher sagen, dass es durch die Haftung des Wassers an der Oberfläche verursacht wird.
Ein Strahl aus einem Standard-Wasserhahn zeigt dieses Phänomen ebenfalls, da eine 3D-Kegelform und nicht das "2D-Dreieck", das dieser Brunnen erzeugt.
Meiner Meinung nach hat die Oberflächenspannung sehr wenig mit diesem Verhalten zu tun. Das Fluid wird in Strömungsrichtung gedehnt, was dazu neigt, Querzugspannungen zu induzieren. Da die Flüssigkeitsschicht jedoch seitlich nicht eingeschränkt ist, muss sie sich in Querrichtung zusammenziehen. Oberflächenspannungseffekte sind auf der Längen- und Zeitskala für dieses System nicht stark genug, um viel zusätzliche Wirkung zu haben. Um dies zu testen, könnte ein Mittel zur Verringerung der Oberflächenspannung in das Wasser eingebracht und die Strömung wiederhergestellt werden. Ich behaupte, dass keine signifikante Änderung beobachtet werden würde.

Antworten (2)

Meine Vermutung ist die Massenstromerhaltung . Stellen wir uns vor, den Wasserfluss mit einer imaginären Oberfläche zu schneiden: Da die Masse erhalten bleiben muss, muss die Menge der Masse, die diese Oberfläche pro Zeiteinheit passiert, eine Konstante sein:

M ˙ = ρ   u   A = C Ö N S T

Wo ρ ist Dichte, u ist die Geschwindigkeit des Wassers und A ist der Querschnitt des Wasserstroms.

Die Dichte ist in dieser Situation konstant (1). Nehmen wir außerdem an, dass die Dicke des Wasserstroms nahezu konstant ist (es sieht so aus, bis zu einer guten Näherung). Wir werden dann haben

A = C Ö N S T ⋅ l

Wo l ist die Breite des Wasserflusses. Deshalb

u ⋅ l = C Ö N S T → l = C Ö N S T u

Nehmen wir ein z Achse, die an der Spitze des Brunnens beginnt (wenn das Wasser zu fallen beginnt) und endet, wenn der Fluss in das Wasser eintritt; das sieht man dann leicht am Energieerhaltungssatz

u ( z ) = 2 G z

so dass

l ( z ) = C Ö N S T z

(Ja, davon gehen wir aus G ist auch konstant: in diesem Fall durchaus sinnvoll!)

Natürlich kann diese Formel nicht ganz richtig sein, denn sie würde Ihnen eine Divergenz geben z = 0 . Wir vernachlässigen wahrscheinlich eine andere Art von Energie (ich wette auf Oberflächenspannung), und die "wahre" Form muss wahrscheinlich so etwas sein

l ( z ) = 1 A z + B   cm

Wo A Und B sind Konstanten. Sie können bereits sehen, indem Sie die Funktion zeichnen 1 / z + 1 dass die Form wie auf dem Bild aussieht.

Zusammenfassend bin ich also der Meinung, dass die Form des Wasserflusses kein Dreieck ist, sondern sich eher so verhält ∼ 1 / z .

(1) Tatsächlich ist die Dichte von Wasser fast immer konstant, da Wasser in sehr guter Näherung eine inkompressible Flüssigkeit ist .

Danke für deine Antwort. Das finde ich ganz logisch
Verdammt, als ich diese Frage las, war ich mir ziemlich sicher, dass es etwas mit der Erhaltung der Masse / Durchflussrate zu tun hatte. Ich habe nie daran gedacht, die Strombreite als Funktion der Höhe abzuleiten. Tolle Antwort und toller Fang bei der inversen Quadratwurzelbeziehung.

In Bezug auf die Auswirkungen auf die Ränder ist es, so wie es aussieht, durchaus vernünftig, an Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten zu denken, da es eine Scherschicht zwischen dem mit einer bestimmten Geschwindigkeit fallenden Wasser und der mit a nach unten gezogenen Luft geben wird andere (wahrscheinlich langsamere) Geschwindigkeit.

Bitte machen Sie in Ihrer Antwort weitere Angaben. Wie es derzeit geschrieben ist, ist es schwer, Ihre Lösung zu verstehen.
Was verursacht diesen Dreieckseffekt? (Wasserfall)
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