Wie funktioniert dieses Becher-mit-einem-Zylinder-innen-Puzzle?

Ich liebe diese Frage! Es erinnert mich an die Wirkung eines Schornsteins und an das Werkzeug, das manchmal von Künstlern verwendet wird, wo man eine hohle Tube in etwas Farbe taucht und über die Oberseite der Tube bläst. Die Farbe steigt das Rohr hinauf und sprüht vom oberen Ende.

Bei Schornstein und Künstlerwerkzeug geht es sicherlich um einen Druckunterschied, und darüber hinaus ist der Druck in der bewegten Luft oben geringer. Im Fall des in der Frage beschriebenen Spielzeugs haben einige bisher gepostete Antworten bezweifelt, dass dies in diesem Fall die Erklärung sein würde. Einer schlägt zum Beispiel vor, dass das Einblasen von Luft den Druck im Inneren des Behälters erhöhen würde. Ich möchte lediglich auf der Grundlage grober Schätzungen vorschlagen, dass es sich um einen niedrigeren Druck oben und nicht um einen erhöhten Druck unten handelt, das ist die Erklärung.

Der atmosphärische Druck beträgt 101 kPa. Die zum Anheben des Holzblocks erforderliche Druckdifferenz beträgt schätzungsweise 200 Pa (ich nahm Radius = 1 cm, Höhe = 3 cm, Dichte = 650 kg/m^3). Unter Verwendung der Bernoulli-Gleichung erhalte ich, dass die Luftgeschwindigkeit, die erforderlich ist, um diesen Druckunterschied zwischen bewegter und stationärer Luft zu erhalten, 18 m / s beträgt. Das ist schnell, aber machbar; Ich sage voraus, dass die Luft für einen Menschen als ziemlich scharfer Zug abgegeben werden muss.

Befindet sich schließlich Luft am Boden des beweglichen Blocks, zwischen dem Block und dem Behälter, der ihn hält? Nun, ich sage voraus, dass es nicht funktionieren wird, wenn Sie dies mit sehr glatten Oberflächen versuchen, z. B. poliertem Glas oder Metall (mit einem Hohlblock, damit das Gewicht gleich ist). Mit anderen Worten, ich vermute, dass es kleine Lücken zwischen den Oberflächen am Boden geben muss, um die Luft hereinzulassen. So klein diese Lücken auch sein mögen, die Luft in ihnen erzeugt viel Kraft: Sie erzeugt ungefähr 1 Atmosphäre Druck und damit eine Kraft von 32 Newton! (der durch Druck vom äußeren Ende ausgeglichen wird, wenn sich die Luft nicht bewegt).

"Es funktioniert auch mit dem Zylinder auf dem Kopf (spitze Seite nach unten)."

Wenn es mit auf dem Kopf stehenden Zylinder funktioniert, brauchen Sie zwei verschiedene Erklärungen, warum das spitze Gesicht wichtig ist.

Dieses YouTube-Video ist etwas Besonderes – sie verwenden einen Soda-Strohhalm, um die Luft zu blasen, und sie blasen ihn an einer Seite direkt nach unten. Es sieht für mich so aus, als würde es überhaupt nicht viel Luft über die spitze Seite schicken.

Wahrscheinlich spielt die spitze Seite keine Rolle.

Ich baute schnell ein Modell mit Dingen, die ich herumliegen fand – ein paar Tablettenfläschchen mit unterschiedlichen Durchmessern. Ich schneide die größere Flasche so, dass die kleinere hineinpasst. Der kleinere Zylinder war jetzt viel länger als der größere und hatte oben eine große Kappe. Als ich eine Seite nach unten blies, sprang es zuverlässig heraus. Als ich hinüber blies, passierte nichts.

Ich schneide die Spitze der kleineren Flasche ab. Jetzt war der kleine Zylinder etwas kürzer als der größere und hatte ein offenes Ende. Es knallte nicht annähernd so zuverlässig wie zuvor. Ich musste genau richtig abblasen, egal ob das offene Ende des kleinen Zylinders oben oder unten war. Wenn ich den Winkel ein wenig falsch machte, vibrierte der kleine Zylinder und ratterte im großen Zylinder hin und her.

Als ich meinen Atem konzentrierte (mit dem Lauf eines Kugelschreibers, da ich keine Soda-Strohhalme zur Hand hatte), stellte ich fest, dass, wenn ich die Luft direkt nach unten in das Rohr leitete, der innere Zylinder direkt in den Luftstrom gezogen wurde und nichts anderes ist passiert. Ich denke, das wäre der Bernoulli-Effekt. Die sich schnell bewegende Luft hatte weniger Druck als die Luft, die sich langsamer bewegte und auf der anderen Seite zurückkam, also hatte sie weniger Druck.

Als ich direkt über die Öffnung blies, passierte nichts.

Als ich an einer Seite schräg nach unten blies, vibrierte der innere Zylinder hin und her und hob sich. Es drehte sich auch. (Es war ein leichter Kunststoffzylinder mit geringer Trägheit.)

Als ich in der Mitte diagonal nach unten blies, nicht unausgeglichen zu beiden Seiten, vibrierte der innere Zylinder, stieg aber überhaupt nicht an. Meine Vermutung ist, dass, als ich eine Seite gerade nach unten blies, der innere Zylinder zu ihm gezogen wurde, der den Luftstrom teilweise abschnitt, und die Luft, die in die Risse auf beiden Seiten gelangte, reichte aus, um ihn dort gezogen zu halten. Aber als ich zur anderen Seite blies, zog es zuerst den Zylinder und verlor dann genug Kraft (weil sich die Luft an den Rändern nicht so stark oder so schnell oder so gerade bewegte), dass der Zylinder zurückschaukelte und mehr Raum öffnete. So schnatterte es hin und her. Bei der diagonal exzentrischen Strömung gibt es andere Effekte.

Ich glaube, etwas Kompliziertes ist im Gange. Es passiert ohne die konische Spitze, aber die konische Spitze könnte eine Art Wirkung haben. Ich habe keine gebaut, um herauszufinden, ob es einen Unterschied machen würde.

Hier ist eine Idee (wenn sie sich als wertlos herausstellt, kann ich meine Antwort löschen).

Der Raum zwischen dem Becher und dem Zylinder hat ein sehr geringes Volumen, sodass eine Erhöhung der darin enthaltenen Luftmenge den Druck schnell erhöht (als ideales Gasgesetz$PV=nRT$, bestätigt; zunehmend$n$wird steigen$P$seit$V$,$n$, Und$T$sind effektiv konstant). Durch das Blasen auf die Oberfläche wird etwas Luft in den Raum gedrückt, wodurch der Druck erhöht wird. Sobald der Druck hoch genug über dem atmosphärischen Druck liegt, um dem Gewicht des Zylinders entgegenzuwirken, drückt die Luft auf den Zylinder und drückt ihn heraus. Zu Ihrer Frage, wie dies möglich ist, werden sich Gase immer so weit ausdehnen, wie es ihre Umstände zulassen. Der Bereich, in dem der Zylinder auf den Boden des Bechers trifft, ist sicherlich nicht luftdicht, sodass etwas Luft zwischen sie eindringen kann, aber aufgrund des Gewichts des Bechers keine nennenswerte Menge. Sobald der Druck um den Zylinder hoch genug ist, kann sich mehr Luft in den Bereich zwischen dem Boden des Bechers und dem Boden des Zylinders drängen, so dass der Zylinder vollständig herausgedrückt wird.

Meine Vermutung ist, dass es oben mit einem Kegel konstruiert wurde, um die Luft in den Becher zu leiten, und dass es auch helfen kann, druckbedingte Effekte wie das Bernoulli-Prinzip zu nutzen . Ich weiß jedoch nicht genug über diesen Aspekt der Situation, um Vermutungen anzustellen. Die Erklärung, die Sie angeblich erhalten haben, klingt ähnlich wie die fehlerhafte Anwendung des Bernoulli-Prinzips, die in dem zuvor in diesem Absatz verlinkten Wikipedia-Artikel erörtert wurde.

Ich stimme der anderen Antwort zu, dass dies anscheinend eine fehlerhafte Anwendung des Bernoulli-Prinzips ist.

Das fühlt sich sehr nach dem Bernoulli-Prinzip an, das verwendet wird, um zu erklären, wie Tragflügel funktionieren; was nicht genau ist.

Das heißt, es könnte nach dem Bernoulli-Prinzip funktionieren.

Wenn dies auf das Bernoulli-Prinzip zurückzuführen ist , sollte es wie folgt funktionieren:

Es hat nichts mit den Seiten des Behälters zu tun; Abgesehen davon, dass sie genügend Abstand haben, um Reibung zu vermeiden und neue Luft hereinzulassen. Wenn Luft über die Oberseite strömt , sollte dies im Wesentlichen zu einem Druckabfall an der Oberseite führen (gemäß dem Bernoulli-Prinzip, das für dieses komprimierbare Non möglicherweise nicht gut gilt -stationärer Fluss in einem unbegrenzten Raum).

Der Boden würde atmosphärischen Druck haben, also würde es einen Druckunterschied in vertikaler Richtung geben.

Ich bin mir nicht sicher, wie gut es mit dem sich entwickelnden Vakuum umgehen würde, wenn sich der Boden anhebt (aufgrund des sich ausdehnenden Volumens). Vermutlich hat die Luft, die um die Seiten strömt, bis zum Erreichen des Bodens eine ausreichend niedrige Geschwindigkeit, um immer noch einen höheren Druck als die Luft oben zu haben.

Hier gibt es vernünftige Antworten, aber ich möchte nur einen Aspekt des Rätsels klären. Wie bekommen Sie also Druck von unterhalb des Zylinders, wenn Sie darauf blasen? @ user122423 schrieb: "Der Bereich, in dem der Zylinder auf den Boden des Bechers trifft, ist sicherlich nicht luftdicht, sodass etwas Luft zwischen sie eindringen kann." Das mag so sein, aber ich habe meine Zweifel daran. Ich vermute, dass Folgendes passiert: Die Strömung ist nicht axialsymmetrisch, daher wird der Druck an einem Punkt am oberen Rand des Zylinders niedriger sein als an anderen Punkten des Rands, aber höher als am Boden des Bechers unter diesem Punkt ( weil unten nur wenig fließen kann). Dadurch wird der Zylinder in Bezug auf die vertikale Achse des Bechers geneigt, Luft gelangt unter den Zylinder und drückt den Zylinder nach oben. da der Druck auf der Oberseite aufgrund der Strömung auf der Oberseite geringer ist. (sehenhttps://9gag.com/tv/p/awaYDx/newton-s-gravity-defying-puzzle , wo sie Luft an der Peripherie des Zylinders blasen).