Wie geht potenzielle Energie verloren, wenn ein Wassertropfen langsam auf eine Wand fällt?

Wenn sich ein Wassertropfen an einer senkrechten Wand befindet, fällt er normalerweise langsam herunter, was sich vom freien Fall unterscheidet. Da die Fallgeschwindigkeit langsamer ist als beim freien Ziehen, muss wohl etwas Energie verloren gehen.

Ich denke, es geht als innere Energie verloren, aber wenn es stimmt, wie gewinnt ein Wassertropfen innere Energie, wenn er langsam in der Mikroskopansicht fällt?

Ich denke, das ist ein interessantes System, das es zu untersuchen gilt, und es kann auch eine Menge Spaß machen. Ich denke, man muss bedenken, dass der Tropfen beim Gleiten eine Wasserschicht hinterlässt, also eine Spur. Ich denke, je nach Material der Mauer kann man die Dicke der zurückbleibenden Wasserschicht abschätzen. Dies würde dazu führen, dass die Masse des Tröpfchens abnimmt, wenn das Tröpfchen gleitet, das heißt, die Masse ist eine Funktion der Höhe. Ich habe auch das Gefühl, dass die Viskosität von Wasser irgendwie in Betracht gezogen werden sollte. Das heißt, ein Öltropfen würde mit einer anderen Geschwindigkeit gleiten als Wasser.
Hängt davon ab, wie wir den Prozess modellieren. Wenn das Tröpfchen fast kugelförmig bleibt und keine Spur hinterlässt, wäre die Antwort hauptsächlich Reibung. Hinterlässt der Tropfen hingegen eine Wasserspur, wird es kompliziert, weil die Ausdehnung der Wasser-Luft-Grenzfläche nicht konstant ist und wir daher die Grenzflächenenergie berücksichtigen müssen.

Antworten (3)

Sie haben es hier nicht mit Trockenreibung zu tun. Es handelt sich um eine viskose Strömung innerhalb des Wassertropfens. Innerhalb des Wassertropfens entsteht ein viskoses Zirkulationsmuster, und die Strömung führt zu einer viskosen Dissipation der (mechanischen) potentiellen Energie in innere Energie. Wenn also das Wassertröpfchen irgendwie thermisch von seiner Umgebung isoliert wäre, würde seine Temperatur steigen (ein winziger Betrag). In Wirklichkeit wird die Wärmeenergie an die Umgebung abgegeben.

Ich würde behaupten, dass Viskosität eine Art Reibung ist.
Du kannst behaupten was du willst. Es ist nur eine Frage der Terminologie. Als Strömungsmechaniker würde ich Viskosität jedoch niemals als eine Art Reibung interpretieren. Der grundlegende physikalische Mechanismus, der zur Trockenreibung führt, ist ein völlig anderer als der, der zu viskosen Kräften führt.
Fair genug, mein Freund, ich wollte Sie nicht in die Defensive drängen. Lassen Sie mich auf meinen Punkt eingehen: Der Energieverlust aufgrund von Reibung und der Energieverlust aufgrund von viskosem Fluss stammen beide von der zufälligen Natur der Wechselwirkungen. Ich kann sicherlich verstehen, dass Spezialisten hier ihre eigene Terminologie haben, aber wenn ich mit einem Laien spreche, der die zugrunde liegende Idee verstehen möchte ... Ich bin mir nicht sicher, welchen Vorteil es hat, die beiden Konzepte zu trennen, es sei denn, wir erläutern, wie sie sich unterscheiden . Vielmehr sehe ich Vorteile darin, auf einem Konzept aufzubauen, mit dem sie vertraut sind. Alles Gute!

Der Energieverlust ist reibungsbehafteter Natur. Während der Tropfen die Oberfläche hinuntergleitet, findet an der Grenzfläche zwischen dem Tropfen und der Wand eine komplexe Wechselwirkung statt. Dies wird dazu beitragen, die Temperatur des Wassertropfens zu ändern, einige Moleküle abzustoßen usw.

Vielleicht könnte hier jemand mit besseren Kenntnissen in Thermodynamik helfen, aber ich denke, Sie sollten in der Lage sein, die Temperaturänderung im Wassertropfen abzuschätzen, wenn Sie seine Geschwindigkeit als Funktion der Zeit entlang der Wand kennen. Die durch Reibung geleistete Arbeit sollte in einem gewissen Verhältnis zu der in das Tröpfchen übertragenen Wärmemenge stehen. Mein Bauch sagt, dass diese beiden gleich sind, aber ich habe Probleme, diese Antwort zu rechtfertigen. Offensichtlich sollte es im Vakuum keine Erwärmung geben.

Energie geht verloren, weil beim Herunterrutschen eine Wasserschicht entsteht, und eine Schicht, die aufgrund der viskosen Kraft zwischen der Flüssigkeit-Flüssigkeits-Schicht und der Flüssigkeit-Behälter-Schicht entsteht. Was passiert, ist die flüssige Erfahrung, eine Scherkraft, wenn es gleitet (tangential), und diese Scherkraft ist die Ursache von Energie. Der Verlust, wenn Wasser nach unten fließt, wird klein und der Energieverlust wird fortgesetzt, bis die Größe des Tropfens vernachlässigbar wird.

Wie geht potenzielle Energie verloren, wenn ein Wassertropfen langsam auf eine Wand fällt?
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