Wie „saugt“ ein Schwamm Wasser gegen die Schwerkraft auf?

Wenn ich einen Schwamm nehme und ihn in eine flache Wasserschale lege (dh der Wasserspiegel ist niedriger als die Höhe des Schwamms), absorbiert er Wasser, bis der Schwamm nass ist, einschließlich eines Teils des Schwamms über dem Wasserspiegel. Mit anderen Worten, es scheint, dass der Schwamm etwas Wasser aus dem Bad in sich hineinzieht und dabei Arbeit verrichtet, und das Wasser gewinnt etwas potenzielle Gravitationsenergie.

Woher kommt die Energie, die für diese Arbeit benötigt wird? Mein Verdacht ist, dass die Antwort physikalische und / oder chemische Bindungen zwischen dem Wasser und dem Schwamm oder möglicherweise die Änderung des Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen des Wassers beinhaltet.

Die Kapillarwirkung ist Teil der Erklärung: en.wikipedia.org/wiki/Capillary_action
@BrandonEnright Ich denke auch, eine Art Federwirkung: Wenn es trocken ist, wird potenzielle Energie freigesetzt, wenn es nass ist.
@annav Ich denke, es hat nur eine federartige potentielle Energie, wenn es zusammengedrückt wird. Bei dieser Frage scheint es um einen nicht gequetschten Schwamm zu gehen, der Wasser über der Wasserlinie aufsaugt.
@ BrandonEnright hat Recht. Es ist hauptsächlich eine Art Kapillarwirkung. Insbesondere ist die Adhäsion zwischen den Schwammfasern und den Wassermolekülen hoch genug, dass Wasser es vorzieht, den Schwamm mehr zu berühren als andere Wassermoleküle, und daher besteht die Tendenz, dass es den Schwamm "hochkriecht". Über die Wasserlinie zu gehen ist der einfache Teil, da nur die Schwerkraft es unten hält, aber die EM-Kraft (viel stärker) es nach oben zieht. Darüber befinden sich Taschen im Schwamm, die überschüssiges Wasser einfangen können (freigesetzt, wenn Sie es drücken).
Ich erinnere mich lebhaft, wie mein Hydrodynamik-Profi uns sagte, dass es viel effizienter ist, Wasser mit einem Schwamm aufzusaugen, wenn es bereits leicht nass ist, anstatt vollständig trocken ...
Siehe auch : physical.stackexchange.com/q/2254/2451 und darin enthaltene Links.

Antworten (2)

Dieser Effekt wird als Kapillarität bezeichnet und ist nicht so einfach.

Der Kontakt zwischen Wasser und einer festen Oberfläche wird durch die chemischen Bindungen bestimmt. Sie wird makroskopisch im Kontaktwinkel beobachtet , den die Wasser/Luft-Oberfläche mit der festen Oberfläche bildet. Dieser Winkel hängt von der Stärke der Bindungen zwischen dem Festkörper und den Wassermolekülen ab. Das sieht man, wenn man Wasser in ein Glas gießt: Das Wasser steht am Rand des Glases etwas höher als in der Mitte; es bildet einen Winkel mit der Glasoberfläche.

Wenn sich nun viel Feststoff um das Wasser herum befindet, wie etwa Wasser in einem winzigen Röhrchen, gibt es viele Kontaktpunkte. Daher wird die Wasser/Luft-Grenzfläche stark gekrümmt sein. Die Krümmung dieser Grenzfläche verändert die Oberflächenspannung , die die in dieser Oberfläche enthaltene Energie darstellt. Eine gute Möglichkeit, den Effekt der Krümmung zu interpretieren, besteht darin, dass Sie einen bestimmten Teil der Grenzfläche mit mehr (oder weniger) Wassermolekülen umgeben, wenn Sie die Grenzfläche krümmen. Je nach Krümmung wird somit der Druck auf die Grenzfläche verringert oder erhöht.

In einem kleinen vertikalen Rohr kann die Krümmung so sein, dass der Druck höher ist als bei einer flachen Grenzfläche. Dadurch kann es der Schwerkraft leichter entgegenwirken.

Zusammenfassend kommt die Energie aus der thermischen (Druck-) Energie der Wassermoleküle, die von unten nachdrücken.

Das heißt, das Aufsaugen von Wasser führt zu einem niedrigeren Energiezustand. Die eingesparte Energiemenge entspricht (ungefähr) der potentiellen Energie des gegen die Schwerkraft angehobenen Wassers über der Wasserlinie.

Eigentlich denke ich, dass das daran liegt, dass du den Schwamm zusammendrückst.

Lesen Sie einfach meine Antwort geduldig und hinterlassen Sie mir sicherlich eine Antwort.

Der Schwamm ist im Grunde ein weiches Faserbündel mit höllisch vielen Löchern (oder sollte ich Poren sagen? Im Grunde hat er viel Platz dazwischen. Deshalb wird er als halbfest bezeichnet.). Wenn Sie es drücken, entweicht die gesamte Luft darin. Danach legen Sie es in eine Schüssel mit Wasser (egal wie hoch der Wasserstand ist), es "saugt" das gesamte Wasser darin. Wenn Sie es einfach in eine Schüssel mit Wasser legen, ohne es zusammenzudrücken, dringt das Wasser nur in die Poren ein, die offen genug sind, damit Luft austreten und Wasser eintreten kann. Auch aufgrund der Kapillarwirkung, die eine winzige Menge Wasser bringen sollte im Schwamm über dem Wasserspiegel. Und ja, was die Energie angeht, es ist einfach eine Frage des Sogs. Bitte sag mir, dass ich gerade bin?

Dies geht nicht darauf ein, wie ein nicht zusammengedrückter Schwamm Wasser bis über die Wasserlinie aufsaugt, was häufig genug vorkommt, um anekdotisch zu sein
Sie sollten die in den Kommentaren oben besprochene Kapillarwirkung hinzufügen. Das Zusammendrücken liefert einen Teil der Energie, aber ein natürlicher Schwamm wirkt auch wie ein Docht.
Dies spricht nicht einmal einen zusammengedrückten Schwamm richtig an. Die Quetsch- und Saugwirkung gilt nur für einen eingetauchten Schwamm. Sie haben nichts darüber gesagt, was das Wasser im Schwamm hält oder warum das Wasser im Schwamm über der Wasserlinie bleibt.
+1 Diese Antwort erklärt zumindest etwas und verdient sicherlich keine Ablehnung.
Jim, ich habe oben gesagt, dass der leere Raum (der sich im Wasser befindet) nass ist, weil die Poren genug Platz haben, um Luft herauszulassen und Wasser hereinzulassen. Es liegt nur ein wenig (wohlgemerkt, eine winzige Menge) über dem Niveau aufgrund der Kapillarwirkung (das habe ich nicht bestritten). Soll ich also meine Antwort bearbeiten, um sie endlich vollständig zu machen?
Es liegt an Ihnen, ob Sie Ihre Antwort bearbeiten möchten, um sie vollständiger zu machen, aber im Allgemeinen, ob Sie eine bevorzugte Antwort verbessern können. Bei StackExchange geht es darum, die beste Antwort auf eine Frage zu erhalten. Wenn Sie eine gute Antwort geben, können Sie wahrscheinlich auf 0 oder sogar positive Stimmen zurückkommen.
Moment mal, stimmt ihr alle runter, weil ich nicht über Kapillarwirkung gesprochen habe? Ich habe einfach nicht darüber gesprochen, weil sich niemand wirklich mit dem Saugteil befasst hat.
Wie „saugt“ ein Schwamm Wasser gegen die Schwerkraft auf?
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