[Physik/Hydrodynamik] Warum bleibt das Wasser im Glas?
-
Hiho!
Tut mir leid fuer den etwas verwirrenden Titel (nehme gerne Vorschlaege an). Ich verstehe nicht, warum folgendes klappt:Man nimmt ein Glas, taucht es in eine Schuessel voller Wasser ein, kippt das Glas (so dass der Boden nach oben schaut) und zieht es wieder so weit aus dem Wasser raus, dass der Glasrand immer noch unter Wasser ist. Folge: Das Wasser im Glas fliesst nicht wieder "nach unten" zum Rest der Fluessigkeit, sondern bleibt oberhalb.
Ich hoff die Beschreibung ist halbwegs verstaendlich.
Ich wollt jetzt einfach mal Wissen welche Kraefte da wirken, die das Wasser "oberhalb" der eigentlichen Wasseroberflaeche halten. Weil eigentlich muesst das Gewicht des Wassers im Glas das Wasser ja wieder nach unten druecken. Meine "anschauliche" Erklaerung ist, dass das Glas ja mit irgendwas gefuellt werden muesste, wenn das Wasser rausfallen wuerde. Sprich: das Wasser kann erst dann wieder aus'm Glas raus, wenn Luft reinkommt. Aber ich kann das irgendwie nicht auf die einzelnen wirkenden physikalischen Kraefte runterbrechen. Wer kann mir weiterhelfen?
-
Es ist keine Hydrodynamik, sondern Hydrostatik, da keine Strömungungen untersucht werden.
Die Oberflächenspannung ist ein Faktor, aber ich schätze ihn klein.
Wasser haftet besser an (befeuchteten) Glas als an Luft, deshalb kommt es zu Minuskeln. Dies könnte in Verbindung mit den Kohesionskräften des Wassers die Erklärung sein.
Außerdem wenn das Wasser 'fällt', aber keine Luft nachflutschen kann, gibt es ja ein Vakuum. Die Atmosphäre drückt von oben auf die Wasseroberfläche rings um das Glas. Also drückt der Druckunterschied das Wasser etwas in das Glas hoch, da sich ja der Druck in der Flüssigkeit überall gleich verteilt. (Gegen das Vakuum im Glas kann man leichter drücken als gegen die Atmossphäre überhalb der Wasseroberfläche.)
-
hi,
der luftdruck von außen drückt das wasser ins glas.
bild dazu: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Quecksilber-Barometer_Prinzip.png (wenn auch mit hg statt mit h2o)SeppSchrot schrieb:
Außerdem wenn das Wasser 'fällt', aber keine Luft nachflutschen kann, gibt es ja ein Vakuum.
es bliebe noch der dampfdruck des wassers übrig.
-
Hmm...
Kann mal jemand folgendes Gedankenexperiment verifizieren/falsifizieren:
Wenn das Wasserglas eine Höhe von 1 km hätte, dann hätte das Glas einen Implosionsdruck von ca. -100 bar überall an der Glasinnenfläche?!
1000 m Wassersäule / 9,81 m/s² - 1 bar Luftdruck = 100,9 bar
Vielen Dank!
-
Prof84 schrieb:
Hmm...
Kann mal jemand folgendes Gedankenexperiment verifizieren/falsifizieren:
Wenn das Wasserglas eine Höhe von 1 km hätte, dann hätte das Glas einen Implosionsdruck von ca. -100 bar überall an der Glasinnenfläche?!
1000 m Wassersäule / 9,81 m/s² - 1 bar Luftdruck = 100,9 bar
Ich weiß nicht genau, was Du meinst, aber wenn das Gefäß 1000m hoch ist, dann heißt das noch lange nicht, dass die Wassersäule dann auch so hoch ist. Die wird nur so hoch sein, wie es die oben beschriebenen Effekte bewirken. Also vermutlich so um die 10m. Dadrüber entsteht dann mehr oder weniger ein Vakuum bzw. das Wasser wird da sicherlich teilweise gasförmig.
-
Zunächst sei angenommen, das Wasser sei masselos und im Prinizp nur eine verschiebbare Membran. Dann stellt sich grundsätzlich in beiden Luftmengen -der kleine Luftrest im Glas und die Atmosphäre außen- der gleiche Luftdruck ein.
Nun sehen wir wieder, daß das Wasser Masse hat. Die nach unten gerichtete Gewichtskraft wird die Atmosphäre ein wenig zusammendrücken, die Luft im Glas hat jedoch etwas zusätzlichen Platz. Beim herkömmlichen Wasserglas ist dies sicher im vernachlässigbaren Bereich.
Wenn man nun das Wasserglas samt enthaltener Wassersäule verlängert, könnte die Gewichtskraft auf das Wasser ausreichen, einen signifkanten Druckunterschied zwischen Glasluft und Atmosphärenluft zu erzeugen.
Aber das Gewicht auch dieser großen Wassersäule wird sicher nicht reichen, die Atmosphärenluft so zu komprimieren und die Glasluft so zu "dekomprimieren", daß ein solcher Druckunterschied entsteht.
Mal ganz davon abgesehen, daß die Einheiten in Deiner Rechnung nicht stimmen
-
Joh, stimmt.
Womit wieder bewiesen ist, dass einen die beste Ausbildung nichts nützt, wenn man im entscheidenden Moment nicht das richtige Problemmuster assoziiert.
D.h., wenn wir von einer Ausgangssäule von 1000m ausgehen, würde sich der Sättigungsdampfdruck im Phasengleichgewicht von Wasser bei 6,11 hPa einstellen und das entspricht ca. eine Höhe von 10 m.
http://de.wikipedia.org/wiki/Sättigungsdampfdruck.Die nächste Frage ist:
Ausgehend von 1000m Wassersäule, würde sich das Wasser mehr oder weniger im freien Fall befinden oder würde sich das Gleichgewicht langsam einstellen? Genügt hierbei das Ficksche Gesetz oder müssen wir zur statistischen Thermodynamik greifen?
http://de.wikipedia.org/wiki/Diffusion
http://photonik.physik.hu-berlin.de/ede/skripten/06theophys3.pdf - Teil VII
(schönes Vorlesungsskript )Ist der Druck an der Glasinnenseite überall gleich oder abhängig von der Höhe im Glas und Phase?
Die Kernüberlegung ist auch Druck = Kraft/Fläche. Also spielt auch der Durchmesser des Glases eine Rolle. Bei kleinen Durchmesser können auch noch Kapilarkräfte auftreten.
http://de.wikipedia.org/wiki/OberflächenspannungSobald eine Gasphase auftritt, ist die Temperatur auch wieder entscheidend.
http://de.wikipedia.org/wiki/Thermische_Zustandsgleichung_idealer_GaseIst also nicht so trivial, wie alles scheint.
@scrub: Das die Rechnung nicht SI konform ist, war mir klar.
Wollte schnell tippen.
-
-
das ist ja echt geil!
sollte ich jemals seehr alt und fett und stinkereich werden, schaffe ich mir so ein aquarium mit 50 Koi-fischen an^^
-
jucks schrieb:
http://www.techeblog.com/index.php/tech-gadget/the-impossible-fish-tank
Wird bloß eine ziemliche Sauerei sein, wenn eine Dichtung oben versagt. :p
Gruß Borschtsch
