Как сделать чтобы вода не выливалась из бутылки

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 06.09.2024

Народ как такое делать?
1. Измерьте объём комнаты в вашей квартире и вычислите массу и вес воздуха в ней, считая, что его плотность равна 1,29 кг/м3 .
2. На дне пластиковой бутылки (рис. 127) сделайте отверстие. Зажмите отверстие пальцем и налейте в бутылку воды, закройте горлышко крышкой. Осторожно отпустите палец. Вода из бутылки выливаться не будет. Теперь осторожно откройте крышку. Из отверстия польётся вода. Объясните наблюдаемое явление.
3. Напольная поилка для птиц (рис. 128) состоит из бутылки, наполненной водой и опрокинутой в корытце так, что горлышко находится немного ниже уровня воды в корытце. Почему вода не выливается из бутылки? Если уровень воды в корытце понизится и горлышко бутылки выйдет из воды, часть воды из бутылки выльется. Почему?
Изготовьте такой прибор и проделайте с ним указанные опыты.
4. На рисунке 129 изображён прибор ливер, служащий для взятия проб различных жидкостей. Ливер опускают в жидкость, затем закрывают пальцем верхнее отверстие и вынимают из жидкости. Когда верхнее отверстие открывают, из ливера начинает вытекать жидкость. Проделайте опыт и объясните действие этого прибора.

Все очень просто
№1
Чтобы вычислить объем комнаты, нужно знать длину, высоту и ширину комнаты. Пусть они будут равны 5м, 4м и 4м соответственно. Тогда ее объем равен: V=abc= 5 • 4 • 4 = 80 м3. По условию нам известна плотность воздуха, значит мы без труда найдем массу:
m = рV = 1,29 • 80 = 103,2 кг
№2
Вода из бутылки с закрученной пробкой выливаться не будет, потому что на нее действует только внутреннее давление в бутылке, а оно мало, для того чтобы выдавить воду. Но как только мы откроем крышку, то вода начнет выливаться, так как на воду еще начнет действовать атмосферное давление, а оно уже способно вытолкнуть воду из отверстия.
№3
На воду в корыте давит атмосфера, и, по закону Паскаля, это давление передается на столб воды в бутылке. Если горлышко бутылки выйдет из воды, то атмосферное давление перестанет компенсировать давление воды в бутылке, и она выльется.
№4
Когда мы закрываем пальцем верхнее отверстие, то на столб воды, который находится в ливере, действует только внутренне давление, а оно мало, и не способно вытолкнуть жидкость. Как только мы откроем верхнее отверстие, то на этот столб станет действовать и атмосферное давление, которое сразу же вытолкнет воду из ливера.

Многим уже знакома фишка с тем, что если подбросить бутылку, частично заполненную жидкостью, то она может приземлиться ровно на дно. Это предложили исследовать физикам к предстоящему в 2018 году международному турниру юных физиков, который состоится в Китае. Такие турниры проводятся и в России -
видео демонстрация команды из Барабинска:

В формулировке задачи было задано исследовать явление и параметры, влияющие на удачное приземление бутылки. Полное динамическое описание такой задачи достаточно сложное (видно, что вода внутри перетекает по мере вращения бутылки, изменяя момент инерции, а значит и угловую скорость), но я хочу попытаться дать хотя бы приближённое к действительности простое описание системы.

В момент закрутки бутылки вращение происходит относительно горлышка (верхней части бутылки). После того, как бутылку отпускают, она начинает вращаться и двигаться поступательно:

Удобнее рассматривать это вращение относительно оси, проходящей через центр масс (одна из главных осей инерции). Тогда всё движение можно разделять на вращение относительно центра масс и поступательное движение центра масс. Ясно, что горизонтальная скорость не вносит вклад в вероятность успешного приземления: определяющими параметрами будут то, сколько оборотов успевает сделать бутылка до удара (угловая скорость) и время падения, которое определяется начальной высотой и вертикальной скоростью. Горизонтальная скорость влияет только на то, в каком месте бутылка приземлится (нам это не интересно). Тогда для удобства положим горизонтальную скорость равной нулю.
Для начала найдём положение центра масс. Если высота бутылки - $ l $, масса бутылки - $ m_b $, высота уровня жидкости - $ h $ и масса воды - $ m_l $, то считая бутылку равномерным цилиндром получим координату центра масс относительно дна бутылки - $ x $:

$$
x = \frac \qquad (1.1)
$$
При этом расстояние от верхней части бутылки до центра масс - $r = l - x $:

$$
r = \frac \qquad (1.2)
$$
Теперь, используя (1.2), можно найти начальную вертикальную скорость - $ V_0 $, имея начальную угловую скорость - $ \omega $. Предполагая, что человек отпускает бутылку в момент её горизонтального положения, получим:

$$
V_0 = \omega \frac \qquad (1.3)
$$
Имея начальное расстояние от центра масс бутылки до пола равное $ H $ и начальную скорость из (1.3), можно найти время падения бутылки (Зная, что конечное расстояние от центра масс до пола должно быть равно $ x $):

$$
T = \frac\Bigg(1 + \sqrt> \Bigg) \qquad (1.4)
$$
Подставляя в (1.4) (1.3) и (1.1), получим конечную формулу для времени падения, необходимого для успешного приземления:

Формула получилась достаточно большая. Это произошло потому, что время связано с начальной скоростью, которая определяется угловой скоростью и координатой центра масс. В свою очередь, координата центра масс зависит от параметров системы. В таком виде использовать это соотношение не удобно, но нам (1.5) напрямую не понадобится.

Самый главный вопрос - с какой угловой скоростью нужно запустить бутылку при заданных параметрах системы, чтобы она успешно приземлилась? Бутылка за время падения должна сделать $ 3/4 $ оборота то есть повернуться на угол $ \alpha = / = \omega T $ (рисунок внизу).

Используя то, что $ / = \omega T $ и (1.4) получим, что

Решая это уравнение относительно $ \omega $, мы увидим, что единицы из скобки и из корня при возведении в квадрат взаимно уничтожаться и получится совсем простое квадратное уравнение. Мы берём только положительный корень, так как работаем с модулем угловой скорости (направление мы учли при подсчёте угла поворота):

Подставляя (1.1) и (1.2) в (1.7) и учитывая, что $ m_l = \rho_l \pi R^2 h $, где $ \rho_l $ - это плотность залитой жидкости, а $ R $ - это радиус бутылки, получаем конечную формулу для угловой скорости:

Проще всего использовать (1.7), подставляя заранее рассчитанные по формулам (1.1) и (1.2) $ r $ и $ x $.

Также необходимо учесть ограничения на установку, происходящие из-за того, что бутылка имеет размер и нужно, чтобы когда она сделала оборот на $ \pi / 2 $, расстояние до пола было больше, чем $ r $:

$$
H + \frac - \frac > r \qquad (1.9)
$$
В противном случае бутылка просто ударится верхней частью о пол.
Используя то, что $ \omega T = / $, решаем неравенство (1.9) относительно $ \omega $.

Получается, что при увеличении размеров бутылки, необходимая для переворота угловая скорость уменьшается! Почему же так получилось? Дело в том, что в нашем способе бросания время падения определяется начальной вертикальной скоростью, которая в свою очередь определяется угловой скоростью и размерами бутылки: чем больше размер, тем больше $ r $, а значит больше и $ V_0 $!

Условие (1.10) достаточно легко выполняется практически для любых начальных высот (Это легко понять, сравнивая (1.10) с (1.7)). Проблемы начинаются при отрицательных высотах: на большую возвышенность забросить бутылку не получится (в нашем способе бросания):

Друзья! Я очень благодарен вам за то, что вы интересуетесь моими работами, ведь каждый пост на сайте даётся очень непросто. Я буду рад любому отклику и поддержке с вашей стороны.

Если у вас остались вопросы или пожелания, то вы можете оставить комментарий (регистрироваться не нужно)

Только добрался до статьи. Интересный подход, но данные изложения не приближают к основному эффекту (как я понял) ибо у тебя жидкость не меняет положения в бутылке.По сути это бутылка с тяжёлым дном.
+У тебя удачными условием падения считается лишь нужный угол бутылки в момент когда Она соприкоснётся с дном. Но этого же не достаточно. Если ты просто отпустишь вертикально ориентированную бутылку, то она у тебя отскочит.
-------------------------------------------
Согласен.
Модель будет работать не во всех случаях.

Победитель конкурса

Участник: Котякина Анна Владиславовна
Руководитель: Федорова Светлана Ивановна

Опыт 1. Учебник А.В. Перышкин, Физика -7, (Задание после § 40 на стр.118 )

Цель опыта: выяснить, почему вода вытекает из отверстий и проверить гипотезу, что давление жидкости увеличивается с глубиной.

Оборудование: пластиковая бутылка, скотч, вода.

Ход эксперимента: Возьмем пластиковую бутылку. Проколем шилом или толстой нагретой иголкой три отверстия на разной высоте. Заклеим их скотчем. Нальем в бутылку воды и уберем скотч. Вода начнет вытекать из отверстий. Но что мы заметим? Чем ниже расположено отверстие, тем сильнее бьет из нее вода. По мере понижения воды в бутылке дальность вытекания воды уменьшается.

Объяснение эксперимента: Почему же так происходит? На жидкости, как и на все тела, находящиеся на Земле, действует сила тяжести. Поэтому каждый слой жидкости, налитый в сосуд, имеет свой вес. Верхние слои воды давят своим весом на расположенные ниже слои. А ниже лежащие передают давление во все стороны, в том числе и на стенки бутылки. Под действием этого давления вода выливается из бутылки с разным напором струи: чем ниже слой, тем давление жидкости будет больше.

Вывод: Опыт показывает, что внутри жидкости существует давление и на одном уровне оно одинаково по всем направлениям. С глубиной давление увеличивается.

Применение рассматриваемого явления на практике: На глубинах более 1,5 м разность между давлением воды, сжимающим грудную клетку, и давлением воздуха внутри нее возрастает настолько, что у человека уже не хватает сил увеличивать объем грудной клетки при вдохе и наполнять свежим воздухом легкие. Поэтому при погружении более чем на 1,5 м можно дышать только таким воздухом, который сжат до давления, равного давлению воды на этой глубине. Человек при специальной тренировке может без особых предохранительных средств погружаться на глубины до 80 м, давление воды на таких глубинах около 800 кПа. На больших глубинах, если не принять специальных мер защиты, грудная клетка человека может не выдержать давления воды. На глубину до 90 м водолазы могут опускаться под воду, беря с собой запас сжатого воздуха, накачанного в прочные стальные баллоны. Такое снаряжение называют аквалангом. Аквалангом пользуются и спортсмены-пловцы.

На какую глубину может погрузиться человек?

искатели жемчуга – 30 м.
рекордное погружение человека без специального оснащения – 124 м. Новозеландский фридайвер Уильям Трабридж установил свой 16 мировой рекорд. Близ Багамских Островов он погрузился на глубину в 124 метра.
погружение с аквалангом – 143 м. Опытный египетский инструктор по дайвингу и профессиональный технический дайвер Ахмед Габр установил новый мировой рекорд по наибольшей глубине погружения. 18 сентября 2014 г. ему удалось достичь отметки 332,4 метров ниже поверхности воды Красного моря неподалеку от города Дахаб. Чтобы побить предыдущий рекорд, Ахмед должен был опуститься по крайней мере на 330 метров (1083 футов) – именно таким был мировой рекорд француза Паскаля Бернабе, установленный 5 июня 2005 года в Порто-Веккьо. В конце концов, Ахмед Габр благополучно удалось достичь отметки – 332,4 метров (–1 090,5 футов).
в мягком скафандре – 180 м
в жестком скафандре – 250 м
в батискафе – 10 919 м.

Интересные факты

Давление воды в глубинах океана огромно. Если пустую закупоренную бутылку опустить на значительную глубину, затем извлечь вновь, то обнаружится, что давление воды вогнало пробку внутрь бутылки, и она вся будет полна воды.

Опыт 2. Учебник А.В. Перышкин, Физика -7, (Упр. 16, задание №4 на стр. 111).

Цель опыта: экспериментально доказать справедливость закона Паскаля.

Оборудование: целлофановый пакет, вода, игла.

Ход эксперимента: Возьмем целлофановый пакет, проделаем несколько отверстий. Нальем воды и немного надавим. Напор вытекающих струй увеличится. Причем вода будет вытекать из всех отверстий сразу.

Объяснение эксперимента: Почему же так происходит? Все дело в строении вещества. В отличие от твердых тел отдельные молекулы жидкости могут перемещаться относительно друг друга по всем направлениям. Частицы воды, находящиеся в пакете, уплотняясь при надавливании, передают давление другим слоям жидкости, заполняющей пакет. Таким образом, давление передается в каждую точку жидкости согласно закону Паскаля, который гласит, что давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменения во всех направлениях.

Применение рассматриваемого явления в жизни и быту: закон Паскаля лежит в основе работы таких устройств как гидравлические прессы, гидравлические подъемники, опрыскиватели, в пневматической системе водоснабжения, водометов, а также в гидравлических тормозах автомашин. При выдавливании краски для волос при окрашивании в парикмахерских используют специальные устройства для того, чтобы выжать краску из тюбика. При надавливании рукой на тюбик краска по закону Паскаля будет передавать давление в разных направлениях, и, если не применять это устройство, то краску полностью не получиться выдавить.

1. гидравлический домкрат

2. Использование действия закона Паскаля для полива огорода

4. Приспособление для выдавливания зубной пасты

Опыт 3. Учебник А.В. Перышкин, Физика -7 (Задание №2 на стр. 125)

Цель опыта: выяснить, почему вода вытекает из отверстий только в том случае, когда крышка в бутылке открыта. В случае, когда бутылка закрыта, вода не вытекает.

Оборудование: пластиковая бутылка, вода

Ход эксперимента: Нальем воду в пластиковую бутылку. Закроем бутылку крышкой. Шилом проткнем отверстие. Что мы видим? Вода не вытекает из бутылки. Когда мы откроем крышку, вода свободно начнет выливаться из бутылки. Можно сделать вывод: вода вытекает из отверстий только в том случае, когда крышка в бутылке открыта. В случае, когда бутылка закрыта, вода не вытекать не будет.

Объяснение опыта: Это происходит потому, что на нее действует только внутреннее давление в бутылке, а оно мало по сравнению с давлением атмосферы снаружи, т.е. мало для того, чтобы вытеснить воду из бутылки. Но как только мы откроем крышку, вода начнет выливаться, так как на воду еще начнет действовать атмосферное давление, а оно уже способно вытолкнуть воду из отверстия. Такое же явление можно наблюдать при работе ливера. Принцип действия, так же как и в предыдущем опыте, основан на действии атмосферного давления. Ливер опускают в воду или любую другую жидкость, Закрывают верхнее отверстие и вынимают из жидкости. Вода не вытекает из ливера. Открываем верхнее отверстие ливера и жидкость выльется. Это происходит потому, что когда мы закрываем пальцем верхнее отверстие, то на столб жидкости, который находится в ливере, действует только внутренне давление, а оно мало, и не способно вытолкнуть жидкость. Открываем верхнее отверстие ливера и жидкость выливает. Это происходит потому, что атмосферное давление сверху на жидкость и давление жидкости, вместе взятые, больше атмосферного давления снизу на жидкость.

Применение рассматриваемого явления на практике и в быту: Данное явление используется в жизни. Зная объяснение данного явления можно изготовить простейшего румойник из пластиковой бутылки. Такой рукомойник можно использовать в походных условиях или на даче. Также это явление лежит в основе работы ливера, который используют для проведения анализов различных жидкостей, в том числе и анализе качества молока.

Все помнят что вода не выливается из опрокинутой вверх дном бутылки, если ее поместить в емкость с водой.
Некоторые помнят даже почему (давление столба воды уравновешивается атмосферным давлением на воду в емкости). Ну или загуглить можно как я))
Вопрос вот в чем: есть псина-апокалипсина совершенно демонических размеров (водолаз) на сухом корме.
Соответственно воды потребляет около 50909 литров в день. Живет в вольере. Таскать миску с водой размером с тазик два раза в день - лень.
Попытка сделать автопоилку из 19-ти литровой бутылки прикрученной к стене вольера вверх тормашками и опущенной горлышком в миску с водой окончилась плохо.
Вся вода вылилась мне на любимые ботинки.
Все. Нужно решение по автопоению песика вертопесика.
Мысль пока одна - воткнуть трубку небольшого диаметра в горло бутыля, загерметизировать, и опустить в миску. Поможет?

Читайте также: