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Bartoman88
Anmeldungsdatum: 07.11.2004
Beiträge: 139
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 Bartoman88 Verfasst am: 10. Dez 2005 22:14 Titel: Phänomen des Wassers |
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Hallo!
Ich habe eine Frage:
Man hat einen Wasserhahn, aus dem Wasser in einem dünnen Strahl läuft (nicht herausgepresst). Hält man nun nahe des Ursprungs (also dem Hahn) einen Finger (oder irgendeine Unterlage) in des Wasser, so ist erkennbar, wie das Wasser "zusammengestaucht" wird. Soll heißen, man erkennt, dass der Rand des Wasserstrahls "wellig" wird. Kommt man dem Wasserhahn näher, wird diese "Stauchung" stärker (ist sicher 'ne Exponentialfunktion  ). Direkt unter dem Wasserhahn erscheint der Strahl nur noch als Tropfen.
Frage: Wie lässt sich das erklären?
Mein Geadnke war, dass das irgendwie mit der Oberflächenspannung zu tun hat. Aber naja, jetzt sind eure Erklärungen gefragt
Bild mach' ich vielleicht noch.
Threadtitel wusste ich nicht, was ich schreiben sollte, da ich keine Ahnung habe, wie man dieses Phänomen bezeichnet.
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Gast
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| Gast Verfasst am: 11. Dez 2005 01:21 Titel: |
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Nun, ich nehm mal an, das hat mit dem dipolaren Charakter des Wassers zu tun. DH dein Finger ist geringfügig aufgeladen und erzeugt somit ein el. Feld, das dann den Wasserstrahl beeinflusst... anders kann ich mir diese "Fernwirkung" nicht erklären.
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dachdecker2
Administrator
Anmeldungsdatum: 15.06.2004
Beiträge: 1174
Wohnort: Zeppelinheim / Hessen
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| dachdecker2 Verfasst am: 11. Dez 2005 12:00 Titel: |
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Hmm ich meine auch, dass es an der Oberflächenspannung liegt. Man müsste es zum Testen nochmal mit Seifenwasser (das eine deutlich kleinere Oberflächenspannung hat) probieren.
Durch die vom Finger verursachte Störung wird der Strahl verformt. Während das Wasser weiter fällt, wird die Oberfläche minimiert, und der Strahl hat wieder Kreisform. Da aber durch die dazu nötige Bewegung Kinetische energie (quer zur Stahrrichtung) entstanden ist, verformt sich der Strahl wieder zu einer Ellipse, allerdings senkrecht zur ersten. Das geht so lange hin und her, bis das durch die Reibung oder Tropenbildung zum Erliegen kommt.
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Gruß, dachdecker2
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Schrödingers Katze
Anmeldungsdatum: 10.07.2005
Beiträge: 695
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| Schrödingers Katze Verfasst am: 11. Dez 2005 12:07 Titel: |
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Na dann frag mal bei den städtischen WW an, ob du ne Großpackung Persil reinschütten darfst
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dachdecker2
Administrator
Anmeldungsdatum: 15.06.2004
Beiträge: 1174
Wohnort: Zeppelinheim / Hessen
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| dachdecker2 Verfasst am: 11. Dez 2005 12:11 Titel: |
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Du versuchst gerade krampfhaft lustig zu sein ... das wird so nichts
Ich werd mich mal drum kümmern und wenn das was wird mal 2 entsprechende Photos uppen. Kann ein paar Momentchen dauern ...
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Gruß, dachdecker2
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Bartoman88
Anmeldungsdatum: 07.11.2004
Beiträge: 139
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| Bartoman88 Verfasst am: 11. Dez 2005 13:56 Titel: |
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| Anonymous hat Folgendes geschrieben: | | Nun, ich nehm mal an, das hat mit dem dipolaren Charakter des Wassers zu tun. DH dein Finger ist geringfügig aufgeladen und erzeugt somit ein el. Feld, das dann den Wasserstrahl beeinflusst... anders kann ich mir diese "Fernwirkung" nicht erklären. |
Hat nichts mit dem Finger zu tun. Das Phänomen tritt auch bei anderen Materialien auf...
Wollte eben mal ein Bild machen, aber ich kriege den dünnen Wasserstrahl einfach nicht scharfgestellt...
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Dieter5858
Moderator
Anmeldungsdatum: 02.08.2004
Beiträge: 696
Wohnort: Hamburg
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| Dieter5858 Verfasst am: 11. Dez 2005 14:10 Titel: |
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Wie wärs mit der Wassergeschwindigkeit.
Ich hab das jetzt so verstanden das wenn du den Finger in Wasserstrahl steckst sich das Wasser um deinen Finger "windet".
Wenn du nun den Finger weiter hoch nimmst in richtung des Wasserhahnaustritts wird diese Windung/Auswulstung des Wasser um deinen Finger größer.
Das würd ich mit der Fliessgeschwindigkeit erklären, die ja im Freien Fall zunimmt(also nach unten hin).
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Schrödingers Katze
Anmeldungsdatum: 10.07.2005
Beiträge: 695
Wohnort: Leipzig
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| Schrödingers Katze Verfasst am: 11. Dez 2005 17:49 Titel: |
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Ich wollte gerade mal ein Foto davon machen, da fiel mir was auf: Ich hab den Strahl gaaanz klein gemacht, und er lief noch. Sobald ich den Finger drunter gehalten habe, waren da nur noch Tropfen. Ich weiß leider nicht, ob das schon mal jemand erwähnt hat (die Schilderungen sind so vieldeutig), aber vielleicht wird das Wasser einfach vom Finger "abgesaugt". Das Wasser fühlt sich so dahin gezogen, sei es durch Adhäsionskräfte oder sonstwas, dass es einfach schneller läuft. Damit reicht der Strahl nicht mehr, und er verdünnt sich in manchen Zonen. Statt Stauchung Streckung, meine ich - nur dass der Wasserstrahl dabei nicht insgesamt dünner wird, sondern nur in bestimmten Zonen.
Mit der Obenflächenspannung hat es dagegen unter Umständen weniger zu tun: Seifenwasser (ja, Dachdecker, ganz konventionel aus dem Zahnputzbecher) verstärkte den Effekt nach meinem Eindruck nur.
| Beschreibung: |
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Bartoman88
Anmeldungsdatum: 07.11.2004
Beiträge: 139
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| Bartoman88 Verfasst am: 11. Dez 2005 21:22 Titel: |
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Mh, erstaunlich. Hab das eben auch mal ausprobiert. Sehr dünner Strahl, Finger drunter, Tropfen und er hört nicht mehr auf zu tropfen.
Wenn der Wasserstrahl auch relativ lang ist, dann geht er ja auch in Tropfen über. Woher kommt das? Ist dann die Geschwindigkeit so groß, dass die Kohäsionskräfte nicht mehr ausreichen, den Strahl zusammenzuhalten?
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dachdecker2
Administrator
Anmeldungsdatum: 15.06.2004
Beiträge: 1174
Wohnort: Zeppelinheim / Hessen
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| dachdecker2 Verfasst am: 12. Dez 2005 09:13 Titel: |
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Ich bin soweit, ich hab (ganz ohne irgendwelche Wasserwerke zu fragen) mal ein paar Bilder von einem Wasserstrahl mit/ohne Spülmittel gemacht. Ich hab im Bild mal auch die Startgeschwindigkeit des Strahls knapp über dem oberen Bildrand angegeben. Leider ist die äußere Form irgendwie nicht so richtig zu erkennen, ich glaub ich muss da nochmal ran .
Irgendwie stoß ich hier mit dem Bild an mehrere Begrenzungen... ich werd meine 10 MB nie vollkriegen :
 http://www.dachdecker2.de/bildablage/Wasserstrahl_beschriftet_thumb.jpg
Mir scheinen die Oberflächenschwingungen ohne Spülmittel irgendwie stärker. Aber wenn jemand von euch sagt, dass die Tropfenbildung nicht nur von der Fließgeschwindigkeit und dem Strahldruchmesser abhängig ist, muss das wohl auch nochmal genauer getestet werden.
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Gruß, dachdecker2
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Dieter5858
Moderator
Anmeldungsdatum: 02.08.2004
Beiträge: 696
Wohnort: Hamburg
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| Dieter5858 Verfasst am: 12. Dez 2005 16:50 Titel: |
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Schön, schön schön.
Aber ich glaube das auch Wasser mit Spülmittel irgendwann anfängt zu tropfen.
Geschwindigkeit und Oberflächenspannung sind meiner erachtens nach hier die entscheidenden Faktoren.
Öl wird sehr schnell trpopfen und dünnes Wasser eher fliessen.
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dachdecker2
Administrator
Anmeldungsdatum: 15.06.2004
Beiträge: 1174
Wohnort: Zeppelinheim / Hessen
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| dachdecker2 Verfasst am: 12. Dez 2005 22:03 Titel: |
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Also ich vermute, dass auch der Querschnittsfläche des Strahls auch eine große Bedeutung zukommt. Das ist sicherlich wichtiger als die Geschwindigkeit, aber die Querschnittsfläche krieg ich nicht ohne Weiteres raus - die Ausströmgeschwindigkeit kann ich dagegen angeben und die ist unabhängig von der Seife.
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Gruß, dachdecker2
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sax
Anmeldungsdatum: 10.05.2005
Beiträge: 377
Wohnort: Magdeburg
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| sax Verfasst am: 13. Dez 2005 00:20 Titel: |
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| Zitat: |
Wenn der Wasserstrahl auch relativ lang ist, dann geht er ja auch in Tropfen über. Woher kommt das? Ist dann die Geschwindigkeit so groß, dass die Kohäsionskräfte nicht mehr ausreichen, den Strahl zusammenzuhalten?
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Das liegt tatsächlich an der Oberflächenspannung (ähnlich wie bei der Rayleigh Plateau Instabilität).
Stellen wir und vor, der Strahl fällt sehr lange. Das Wasser befindet sich im freiem Fall. Wenn wir das ganze aus einem frei fallenden Bezugssystem anschauen, haben wir einfach einen langen "Schlauch" aus Wasser, auf den keinerlei Kräfte wirken. So ein Schlauch ist allerdings nicht stabil, die eine Perle aus Kugeln hätte eine viel kleinere Oberfläche. Deshalb schnürt sich das Wasser zusammen und bildes Perlen.
Ich denke die aderen effekte haen auch mit der Oberflächenspannung zu tun, aber genaues weiß ich nicht.
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MM_Sven
Anmeldungsdatum: 26.11.2005
Beiträge: 21
Wohnort: Flensburg
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| MM_Sven Verfasst am: 13. Dez 2005 08:49 Titel: |
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hmm, vielleicht ist einfach "nur" die reibung? (nicht erschlagen)... ich mein, z.b. in schiff, dass durchs wasser fährt, der reibwiderstand rührt doch daher, dass die wasserteichen am rumpf mitgerissen werden. je weiter man sich vom rumpf entfernt, desto langsamer werden die teilchen (mitgerissen) bzw dümpeln vor sich hin. (wenn ich das richtig verstanden hab)
bei luftreibung ist das doch ähnlich, oder nicht? ich mein, das wasser fällt hier aus dem hahn richtung ausguss, luftteilchen werden mitgerissen und wenn du jetzt deinen finger oder einen anderen gegenstand in die nähe bringst, müssten doch auch verwirbelungen entstehen... 
weiß jemand, was ich mein?
gruß,
sven
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Fasziniert von der Physik, speziell der Thermodynamik und Mechanik, aber frustriert, wenn ich's nicht anwenden kann, weil mir die Mathematik dazu fehlt...  |
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Dieter5858
Moderator
Anmeldungsdatum: 02.08.2004
Beiträge: 696
Wohnort: Hamburg
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| Dieter5858 Verfasst am: 13. Dez 2005 16:26 Titel: |
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| Zitat: | | weiß jemand, was ich mein? |
Nein, auf jeden FAll wars OT ;-)
@ Dachdecker2
Die Querschnittsfläche des Wassers verringer sich ja
durch die größere fliesgeschwindigkeit.
Weist ja großer Querschnitt und kleine Fliesgeschwindigkeit und
kleine Querschnittsfläche und hohe Fliesgeschwindigkeit ist
Mengenmässig das gleiche (wenns im richtigem Verhältniss steht).
Und wenn die Querschnittsfläche kleiner wird bildet das Wasser Tropfen,
(perlen find ich doof) meiner Meinung nach immernoch wegen der
Oberflächespannung was mit den anderen Flüssigkeiten für mich sehr
plausiebel ist.
Achso und noch was:
Wie bitteschön hast du die Geschwindigkeit auf eine Kommastelle genau bestimmt ohne den Strahl zu beeinflussen?
und wo war die Geschwindigkeit? die verändert sich ja im Laufe des Fluges? aber das ist wohl nicht so wichtig momentan...
@sax instabiler Schlauch?, keine Kräfte?, Perlen haben eine kleinere Oberfläche als der Wasserschlauch? hmmmm.
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darki
Anmeldungsdatum: 03.10.2005
Beiträge: 236
Wohnort: Gehren
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| darki Verfasst am: 13. Dez 2005 23:43 Titel: |
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klingt jetz vielleicht komisch aber..
könnte es was mit ner ausbildung einer stehenden welle zu tun haben?
reflexion des teilchenflusses am finger... und dann halt nach oben.. und dass sich dann wieso auch immer diese form ausbildet?
die komische verformung der funktion im bereich des minimums (laso, dasses nicht 0 wird), liese sich mit adhäsion erklären...
aber ich weiß nich, ob das wirklich der effekt is ^^
ok.. doofe idee... O.o
aber die wirkliche antwort tät mich jetz auch interessieren ^^
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Sciencefreak
Anmeldungsdatum: 30.11.2004
Beiträge: 137
Wohnort: Gemeinde Schwielosee
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| Sciencefreak Verfasst am: 14. Dez 2005 15:11 Titel: |
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| sax hat Folgendes geschrieben: |
Stellen wir und vor, der Strahl fällt sehr lange. Das Wasser befindet sich im freiem Fall. Wenn wir das ganze aus einem frei fallenden Bezugssystem anschauen, haben wir einfach einen langen "Schlauch" aus Wasser, auf den keinerlei Kräfte wirken. So ein Schlauch ist allerdings nicht stabil, die eine Perle aus Kugeln hätte eine viel kleinere Oberfläche. Deshalb schnürt sich das Wasser zusammen und bildes Perlen.
Ich denke die aderen effekte haen auch mit der Oberflächenspannung zu tun, aber genaues weiß ich nicht. |
Ich weiß nicht, ob ich so falsch liege, aber wenn der Wasserstrhal wirklich homogen wäre, dann würde das nicht auftreten, da das "Abschnüren" von Wassertropfen eine größere Oberfläche erzeugen würde, die Oberfläche einer Kugel, die genau in einen Zylinder passt ist, ist genauso groß, wie die Mantelfläche des Zylinders. Und da die Grund- und Deckfläche im Vergleich zur Mantelfläche wohl vernachlässigt werden könnte, dürfte das ganze nicht auftreten. Denn in solch einer kugel würde sich ja weniger Wasser befinden als in dem Zylinderabschnitt. Ich glaub sogar, dass für jede unendlichlange Kette von Wasser die Zylinderform günstiger sein würde als die Kugelform, solange sie lang genug ist, dass Grund- und Deckfläche des Zylinders vernachlässigbar klein sind
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Bartoman88
Anmeldungsdatum: 07.11.2004
Beiträge: 139
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| Bartoman88 Verfasst am: 23. Dez 2005 20:08 Titel: |
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Hmm, ich frage vielleicht mal nach den Ferien meinen Physiklehrer, was er von der Frage hält...
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Gast
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| Gast Verfasst am: 23. Dez 2005 21:37 Titel: |
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So, ich denke die Tropfenbildung entsteht auf Grund der erzwungenen Querschnittsverengung dem dadurch erzwungenen Nachlassen der gesamten "Adhässionskräfte im Querschnitt", den Beschleunigungskräften innerhalb des Strahls durch die "Adhässionskraft in der Volumeneinheit" und zusätzlich noch gepaart von Wirbeln die eine "zyklische" Erhöhung der inneren Geschwindigkeit verursachen.
Folgerung, der entspannte Strahl sollte länger halten, aber ebenfalls wegen der Wirbel früher oder später reißen müssen.
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dachdecker2
Administrator
Anmeldungsdatum: 15.06.2004
Beiträge: 1174
Wohnort: Zeppelinheim / Hessen
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| dachdecker2 Verfasst am: 24. Dez 2005 03:29 Titel: |
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| Sciencefreak hat Folgendes geschrieben: |
Ich weiß nicht, ob ich so falsch liege, aber wenn der Wasserstrhal wirklich homogen wäre, dann würde das nicht auftreten, da das "Abschnüren" von Wassertropfen eine größere Oberfläche erzeugen würde, die Oberfläche einer Kugel, die genau in einen Zylinder passt ist, ist genauso groß, wie die Mantelfläche des Zylinders. Und da die Grund- und Deckfläche im Vergleich zur Mantelfläche wohl vernachlässigt werden könnte, dürfte das ganze nicht auftreten. ... |
Dass die Mantelfläche eines Zylinders genau so groß ist, wie die kugen, die exakt hineinpasst, stimmt. Die Grund- und Deckfläche bilden zusammen noch eine Fläche, die halb so groß ist wie die Mantelfläche - das ist nicht vernachlässigbar.
Bedenke aber, dass die Kugel beim Abschnüren schon noch größer sein muß, weil sond das entsprechende Zylindervolumen nicht hineinpasst (siehe mein Bild oben). Später dann ist es so, dass sich die Wassertropfen auf Grund der Beschleunigung voneinander entfernen können, ohne dass ihre Oberfläche zunimmt. Der ununterbrochene Strahl dagegen vergrößert seine Oberfläche durch die Beschleunigung ständig. Irgendwo stellt sich offensichtlich ein Schnittpunkt der beiden Funktionen ein, ab dem die Tropfenform energetisch günstiger ist (durch eine Vergleichsweise kleinere Oberläche).
Diesen Sachverhalt könnte mal jemand in Zahlen fassen .
@Dieter5858:
Wegen der Einheitlichen Versuchsbedingungen hab ich erst hin- und herüberlegt, wie ich um die Waschmittel+Wasserversorgernummer herumkomme und wollte zunächst eine kleine Pumpe verwenden. Bei einer Pumpe unterstelle ich ein aber nichtlineares verhalten... Pumpe fällt also aus den Möglichkeiten zur erzeugung einheitlicher Bedingungen raus. Später ist mir dann eingefallen, dass in der Torricelli-Gleichung für die Ausströmgeschwindigkeit nur g und h als Variable auftauchen - es ist also unabhängig von Dichte und Viskosität der Flüssigkeit *strahl*. Ich hab einfach ne Flasche mit einem länglichen Loch versehen und bei verschiedenen Füllständen die Fotos gemacht  . Die hab ich dann nach der Formel  beschriftet.
Kritik bitte an mich
Ich muss bei Gelegenheit nochmal Versuche zu der Geschichte mit der "Nachwirkung" des Fingers machen. Stehende Wellen im Strahl kann ich mir nicht so recht vorstellen, aber das hat nicht viel zu bedeuten. Ich weiß, dass stehende Wellen dafür verantwortlich sind, dass sich bei einem tropfenden Wasserhahn Chaos einstellt. (Interesseirt das jemanden genauer?)
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Dieter5858
Moderator
Anmeldungsdatum: 02.08.2004
Beiträge: 696
Wohnort: Hamburg
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| Dieter5858 Verfasst am: 24. Dez 2005 21:15 Titel: |
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Hiho
| dachdecker2 hat Folgendes geschrieben: | | Interesseirt das jemanden genauer?) |
Nein, zumindest mich da ich nix verstehe:-) aber sonst i.O.
Mit der Flasche nicht schlecht find ich gut die Lösung.
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Bartoman88
Anmeldungsdatum: 07.11.2004
Beiträge: 139
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| Bartoman88 Verfasst am: 19. Jan 2006 23:24 Titel: |
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Physiklehrer gefragt. Ergebnis:
Durch das Auftreffen des Strahls auf den Finger entsteht ein Druck und daraus folgend eine Rückwirkungskraft. Der Finger und der Strahl sind nicht plan, was zur Folge hat, dass die rückwirkende Kraft sich ständig ändert, da das Wasser ständig in verschiedene Richtungen abgeleitet wird. Augrund der sich ständig ändernden Rückwirkung wird der Strahl entsprechend deformiert.
Seiner Meinung nach, würde daas Phänomen nicht auftreten, wenn Strahl und Unterlade absolut plan wären.
Ich hoffe, ich habe das sinngemäß richtig übernommen
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