sciencetalk

Hey all,

Ik heb een (moeilijke) vraag. We hebben ze gekregen vandaag in onze les mechanica. Het was een hele discussie.

Dit was de vraag: Wanneer men een metalen vat, waarin langs de zijkant een (klein) gat zit en gevuld is met water, laat vallen (dus een vrije val), wat gebeurt er dan met het water dat in de ton zit? Hier is een tekening van de situatie:



Dit zijn de mogelijke antwoorden die we kregen:

1) Het water blijft in het vat zitten;

2) Er komt en horizontale straal water uit het vat (en het water blijft in een horizontale lijn)

3) Het water komt er uit in een kromme straal naar boven;

4) Er was nog een mogelijkheid, maar die ben ik even vergeten (maar die was het waarschijnlijk niet, want zover ik weet dacht niemand dat het deze was)

Persoonlijk denk ik dat de juiste oplossing 3 is, ik ga er van uit dat door het vallen van het vat de luchtstroom langs het vat zorgt voor een onderdruk in het vat. Dat is door een wet van Bernouilli, ook wel bekend als het venturiprincipe of de venturibuis. Het is niet een volledig correcte venturibuis, maar volgens mij creeert het wel een (kleine) onderdruk. Waardoor het water uit het vat wordt gezogen.

Onze docent denkt dat het water in het vat blijft zitten.

Reacties zijn welkom!

Als er geen lucht aanwezig is, dan blijft het water er in zitten. Als er wel luchtwrijving is, dan wordt het lastiger. De belasting van de lucht op het vat zal dan bestaan uit een deel druk en een deel wrijving. De wrijving zal plaatsvinden langs de zijkanten van het vat maar is denk ik redelijk verwaarloosbaar. De (stagnatie)druk zal dan plaatsvinden op het wateroppervlak. De stagnatiedruk zal zorgen voor een druk in de vloeistof. Samen met dat venturi-effect moet dit volgen mij wel zorgen voor een straal uit de zijkant van het vat. Hoe deze uit het vat spuit, is natuurlijk afhankelijk van de snelheid van het vat en de stroomsnelheid van de vloeistof. Hoe groter de snelheid van het vat, hoe groter het effect.

Neem dit niet aan als waarheid. Ik vertel je alleen wat ik denk dat er gaat gebeuren.

Wanneer men een metalen vat, waarin langs de zijkant een (klein) gat zit en gevuld is met water, laat vallen (dus een vrije val),

Vraag is, wordt hier werkelijk een (theoretische) vrije val bedoeld? Dat sluit Bernoulli namelijk al uit bijvoorbeeld (vrije val = geen luchtstroom = geen Bernoulli). Of zomaar een bom die door werkelijke lucht valt en waardoor er dus drukverschillen bestaan tussen onderkant en bovenkant van het vat?

Voor een werkelijke val en een gat dat groot genoeg is zou ik gaan voor een naar boven gebogen straal (dan wel een straal druppels hoogstwaarschijnlijk). Lucht kan erin en water eruit (er is per slot van rekening een drukverschil tussen boven en onder, het vat valt met constante (eind)snelheid, nietwaar). De horizontale snelheidscomponent die dat oplevert zal nog enige tijd behouden blijven. De straal zal naar boven worden gebogen omdat de eindsnelheid van (regen)druppels niet hoger wordt dan ca. 30-40 km/h, terwijl dat vat best wel eens de 200 km/h als eindsnelheid zou kunnen halen.

(er is per slot van rekening een drukverschil tussen boven en onder, het vat valt met constante (eind)snelheid, nietwaar).

Ow ja, die komt er ook nog eens bij. Die was ik nog vergeten. De ton hoeft zich daarvoor niet eens op terminale snelheid te bewegen. Uiteraard is het effect bij terminale snelheid wel het sterkst.

Dus in vacuum zou het water blijven zitten, wanneer er wel lucht aanwezig is zal het water in een kromme naar boven vloeien.

Klopt, maar op erg lage snelheden kan het water ook anders vloeien dan schuin omhoog. Niet echt te zeggen.