Зависит ли диаметр пузырька воздуха от диаметра трубки из которой он вышел?
Вопрос для физиков с математическим уклоном. Нужно точное и четкое обоснование.
Дано: ёмкость с водой (глицерином), в ней трубка внутренним диаметром 3мм (4мм, 5мм), из трубки выходит воздушный пузырёк. Т.е. пузырьки выпускаются именно в воде (глицерине).
Вопрос задачи: Каков диаметр пузырька? Напрашивается ответ - 3мм (4мм, 5мм), но что то я сомневаюсь.
Как будет влиять среда окружающая выпускающую трубку?
Рассуждения типа: Я думаю... Мне кажется... Не интересны.
Скажу прямо. Это имеет отношение к аквариуму. Рассматривать нужно не только воздух, но и СО2 (если это имеет значение). Посчитать объем пузырька не требуется. Это легко. Есть сомнения только в равенстве диаметров, т.к. что то слышал про силу поверхностного натяжения, плюс видел (и сам пускал в детстве) мыльные пузыри, т.е. в обычном воздухе и при нормальном атмосферном давлении результат несколько иной.
Ответы (3):
Диаметр воздушных пузырей образовывающихся при продувании воздухом воды или другой жидкости зависит не только от диаметра погруженной в жидкость трубки, но и от скорости продувки воздуха.
Например опыт с соломинкой погруженной в воду в стакане показывает что при сильном продувании можно получить пузыри гораздо больше, чем при медленной продувке.
Кроме того диаметр пузырьков при медленной продувке зависит от того, как расположена трубка в жидкости, вертикально конец под водой направлен ко дну или к поверхности. При первом положении пузырьки будут прилипать к соломинке и потребуется больший объем воздуха для всплытия пузырька, во втором случае можно получить самые маленькие пузырьки. Размер пузырька в таком случае будет таким, при котором архимедова сила, действующая на пузырек с воздухом сравняется с силой межмолекулярного притяжения жидкости и стенок трубки.
Однозначно, чем больше трубка - тем больше воздушный пузырек.
Диаметр пузырька будет зависеть от:
- диаметра трубки;
- давления газа в трубке;
- плотности жидкой среды;
- гидростатического давления;
- силы поверхностного натяжения жидкости.
На выходе из трубки диаметр пузырька будет совпадать с диаметром трубки. Дальнейшее будет зависеть от перечисленных факторов. Общим будет одно - чем ближе к поверхности жидкости, тем больше будет диаметр пузырька из-за падения гидростатического давления.
размер пузырёк формируется в любой среде до тех пор, пока не возникнет сила, которая произведёт его срыв с места образования.
процесс образования пузырька в воздушной среде значительно отличается от аналогичного процесса в жидкости.
на размер пузырька влияют следующие факторы:
- прямо пропорциональные: вязкость жидкости, плотность, низкое Ph, высота расположения выходного отверстия воздуха относительно поверхности воды, скорость наполнения пузырька (диаметр выходного отверстия)
- за счет силы поверхностного натяжения, которая не является величиной постоянной для жидкостей, в момент отрыва пузырёк имеет ровную сферическую поверхность, но при подъеме в среде жидкости возможен его разрыв с формированием нескольких пузырьков.
для конкретно вашего опыта можете провести простой эксперимент - запустите капельницу в аквариум, подключите к ней компрессор - пойдут большие пузыри; если заглушить выход (завязать на узел), сбоку трубки проколоть иголкой отверстия (получаться практически невидимыми), при тех же условиях пойдут маленькие пузыри.
подведя итог с практики - величина пузырька не зависит от диаметра подводимого трубопровода, а напрямую зависит от диаметра выходного отверстия.
при подаче воздуха через свободные трубопроводы, 3,4,5 мм разницы большой не увидите, по скольку в среде жидкости пузырёк имеет свой конечный размер, больше которого его "надуть" не получиться из за свойств жидкости.