Physik im Advent 24.12.19?
Frohe Weihnachten euch allen zunächst mal.
Meine letzte Frage zu PiA (Physik im Advent) wäre nun...
Welche Flasche ist schneller leer?
Falls es zu schwer sein sollte, ich habe noch den Publikums Joker übrig
Link zum Video: https://youtu.be/27nXcbr1i48
Danke für jede Antwort 🙏
3 Antworten
Also ich denke mal laut und schreibe mit, damit du das ganze nachvollziehen kannst, denn ich bin zu einer eindeutigen Lösung gekommen.
Es gibt mehrere Methoden, um ein physikalisches Problem zu lösen:
- das Experiment, denn "Versuch macht klug"
- rechnerische Lösung
- Lösung durch gründliche Überlegung
- sorgfältiges Beobachten und ziehen der richtigen Schlüsse daraus.
A) Experiment:
Das würde hier zu einer sicheren Lösung führen. Habe aber keine Lust auf die Bastelei. Geht dir vermutlich genauso.
B) Rechnerische Lösung. Die dürfte hier nicht so einfach sein, weil Strömungsmechanik gerne mal etwas kompliziert ist im Vergleich zur Mechanik, wie z.B. der Klopapierrolle. Da verzichte ich also erstmal drauf.
c) Überlegung
Im Video hält der Weihnachtsmann die Flaschen so, dass die Böden auf gleicher Höhe sind und die Endungen der Halme auf verschiedenen. Das ändere ich, um einen einheitlichen Bezugspunkt zu haben und halte die Flschen so, dass die Endung der Röhrchen auf gleicher Höhe sind. Dann ist der Boden der Flasche mit langem Halm deutlich höher als bei der mit mittlerem Halm. Damit liegt das Wasser beim langen Halm deutlich höher als beim mittleren Halm und hat eine höhere potenzielle Energie, die im Halm in kinetische umgewandelt werden kann. Damit müsste das Wasser im langen Halm schneller fließen als im mittleren und die Flasche schneller leer sein. Aber....im langen Halm könnten auch mehr Reibungsverluste auftreten, sodass dieser Vorteil kompensiert wird. Hm, das ergibt auch keine eindeutige Lösung, allerdings mit Tendenz zum längeren Halm.
Durch Überlegung würde ich allerdings defintiv Antwort A ausschließen, denn warum solllte dieser Effekt plötzlich eintreten? Dafür gibt es keinen erkennbaren Grund.
Beim Überlegen muss man auch mal um die Ecke denken bzw. das Pferd von hinten aufzäumen. Die Überlegungen zum Ausflusshalm führen zu keinem eindeutigen Ergebnis.
Und nun kommen wir zur letzten Methode D), dem sorgfältigen Beobachten:
Nachdem der Weihnachtsmann die Flaschen umgedreht hat, fließt Wasser aus und es fängt an zu gluckern. Da gucken wir mal ganz genau hin. Deutliche Unterschiede im Wasserstrahl sind nicht zu erkennen. Mit Fantasie könnte der beim langen Halm etwas schneller sein. Wenn man das Video bei 1:37 anhält, könnte der Wasserspiegel beim langen Halm auch schon geringfügig weiter gefallen sein. Was aber ganz offensichtlich ist: beim langen Halm gluckert es deutlich schneller als beim kurzen.
Wenden wir uns also dem Gluckern zu:
Was passiert eigentlich am kurzen Halm? Dort strömt Luft nach in die Flasche. Das geschieht gluckernd. Sobald Wasser ausströmt, entsteht am Boden der Flasche ein Unterdruck gegenüber der Atmosphäre. Sobald die Druckdifferenz größer ist als der hydrostatische Druck der Wassersäule, wird eine Luftblase durch den kurzen Halm in die Flasche "gesogen", genauer gesagt gedrückt. Dadurch sinkt die Druckdifferenz wieder und es strömt keine Luft nach, bis der Unterdruck am Flaschenboden wieder groß genug ist. In diesem Punkt sind auch beide Faschen direkt vergleichbar, da beide kurzen Röhrchen gleich lang sind.
Wenn der erfoderliche Unterdruck zum Luft anziehen beim langen Halm schneller erreicht wird, kann das aber nur bedeuten, dass das Wasser auch schneller ausgeflossen ist. Ein schnellerer Ausfluß bedeutet, die Flasche ist schneller leer.
Daher würde ich sagen: zu 95% muss Antwort D richtig sein. Die letzten 5% Sicherheit könnte man wie oben geschrieben durch einen Versuch erzielen.
Physikalisch gesehen habe ich wenig Ahnung. Ich würde aber C sagen.
Grund: Ich habe öfters mal mit Infusionen zu tun. Da hab ich schon öfters beobachtet, dass die Flüssigkeit aus kürzeren Schläuchen besser fließt als durch langen Schläuchen.
Erklären würde ich es mit den Kapillarkräften. Je dünner der Strohhalm ist, desto mehr Oberflächenspannungen gibt es. Das wirkt sozusagen als eine Bremse für den Wasserfluss.
Das wäre zumindest meine Vermutung.
Ich habe den 50:50 Joker benutzt und bei mir blieb C und D übrig - und ich habe mich dann für C ( mittellang ) entschieden , da vllt durch den kürzeren WEG mehr Wasser rauskann ,was sich dann vllt im langen Staut? Es ist auf jeden Fall C oder D