Surface Tension
Surface Tension
Qualcuno mi può spiegare la storia della barchetta capovolta? Anche il resto per la verità ...
Cordialmente, Alex
Qualcuno mi può spiegare la storia della barchetta capovolta? Anche il resto per la verità ...
Cordialmente, Alex
Risposte
Ti premetto che non sono assolutamente sicuro di quello che vado a scrivere, questa e' la mia migliore spiegazione.
Tutto il fenomeno dovrebbe basarsi sulla "levitazione acustica" che e' in pratica il fenomeno di far levitare, sollevare un oggetto grazie alla presenza di onde acustiche.
La levitazione acustica funziona a grandi linee cosi': si prende un altoparlante che puo' anche essere ad ultrasuoni e questo genera un'onda sinusoidale a un frequenza fissa.
L'altoparlante e' rivolto verso l'alto. Le onde vengono riflesse dal soffitto o da uno schermo posto orizzontalmente sopra l'altoparlante. Se lo schermo e' a una particolare distanza, un multiplo della lunghezza d'onda, si genera la cosiddetta onda stazionaria, ovvero l'onda non si sposa piu' ma rimane fissa.
Siccome l'onda acustica e' una variazione di pressione, la pressione nello spazio puo' essere espressa come $p(z) = p_m + p_0 cos (z/ \lambda )$.
Nello spazio sopra l'altoparlante ci sono quindi delle zone (dei piani orizzontali) ad alta pressione (dove il coseno e' 1), e zone a bassa pressione (dove il coseno e' -1).
Un oggetto leggero che si trova sopra all'altoparlante viene respinto dalle zone ad alta pressione e tende a collocarsi nelle zone a bassa pressione.
Quindi nell'esperimento del video che hai postato gli strati di acqua tendono a collocarsi nelle zone a bassa pressione. Siccome l'acqua e' relativamente pesante, credo che l'acqua non riesca a sollevarsi da sola e quindi va aiutata soffiando dell'aria nella parte inferiore, come si vede all'inizio del video.
Ora, cosa c'entra la tensione superficiale. Secondo me c'entra poco o nulla. Di sicuro aiuta a tenere la massa di acqua unita e ad impedire che si polverizzi in una nebbia. Non saprei.
Un po' come le gocce d'acqua che cadono dall'alto tendono a rimanere compatte e non si polverizzano in tante goccioline.
Questo e' perche' le molecole d'acqua tendono a incollarsi debolmente tra di loro (credo che siano le forze di Van del Walls).
Ora veniamo alla barchetta che galleggia al contrario.
Le barchette che sono inserite in un'onda stazionaria di pressione tendono a fare quello che fanno gli altri oggetti, ovvero tendono a collocarsi nel piano a bassa pressione.
Le barchette pero' trovano che lo strato a bassa pressione e' gia' occupato dallo strato di acqua, e quindi alla fine sono soggette alla spinta di Archimede, ovvero sono costrette a galleggiare "sopra" lo strato di acqua.
Se la barchetta e' sotto lo strato di acqua il fenomeno e' lo stesso ma capovolto. La barchetta e' spinta verso l'alto dalla pressione ma incontra lo strato di acqua che la spinge verso il basso. E quindi galleggia capovolta.
Qui fanno vedere un esperimento sulla levitazione acustica:
https://www.youtube.com/watch?v=VjfqYoA7rwY
Qui addirittura riescono a sollevare delle rocce, evidentemente usano degli altoparlanti molto potenti:
https://www.youtube.com/watch?v=ZqRA7m1KEGQ
Tutto il fenomeno dovrebbe basarsi sulla "levitazione acustica" che e' in pratica il fenomeno di far levitare, sollevare un oggetto grazie alla presenza di onde acustiche.
La levitazione acustica funziona a grandi linee cosi': si prende un altoparlante che puo' anche essere ad ultrasuoni e questo genera un'onda sinusoidale a un frequenza fissa.
L'altoparlante e' rivolto verso l'alto. Le onde vengono riflesse dal soffitto o da uno schermo posto orizzontalmente sopra l'altoparlante. Se lo schermo e' a una particolare distanza, un multiplo della lunghezza d'onda, si genera la cosiddetta onda stazionaria, ovvero l'onda non si sposa piu' ma rimane fissa.
Siccome l'onda acustica e' una variazione di pressione, la pressione nello spazio puo' essere espressa come $p(z) = p_m + p_0 cos (z/ \lambda )$.
Nello spazio sopra l'altoparlante ci sono quindi delle zone (dei piani orizzontali) ad alta pressione (dove il coseno e' 1), e zone a bassa pressione (dove il coseno e' -1).
Un oggetto leggero che si trova sopra all'altoparlante viene respinto dalle zone ad alta pressione e tende a collocarsi nelle zone a bassa pressione.
Quindi nell'esperimento del video che hai postato gli strati di acqua tendono a collocarsi nelle zone a bassa pressione. Siccome l'acqua e' relativamente pesante, credo che l'acqua non riesca a sollevarsi da sola e quindi va aiutata soffiando dell'aria nella parte inferiore, come si vede all'inizio del video.
Ora, cosa c'entra la tensione superficiale. Secondo me c'entra poco o nulla. Di sicuro aiuta a tenere la massa di acqua unita e ad impedire che si polverizzi in una nebbia. Non saprei.
Un po' come le gocce d'acqua che cadono dall'alto tendono a rimanere compatte e non si polverizzano in tante goccioline.
Questo e' perche' le molecole d'acqua tendono a incollarsi debolmente tra di loro (credo che siano le forze di Van del Walls).
Ora veniamo alla barchetta che galleggia al contrario.
Le barchette che sono inserite in un'onda stazionaria di pressione tendono a fare quello che fanno gli altri oggetti, ovvero tendono a collocarsi nel piano a bassa pressione.
Le barchette pero' trovano che lo strato a bassa pressione e' gia' occupato dallo strato di acqua, e quindi alla fine sono soggette alla spinta di Archimede, ovvero sono costrette a galleggiare "sopra" lo strato di acqua.
Se la barchetta e' sotto lo strato di acqua il fenomeno e' lo stesso ma capovolto. La barchetta e' spinta verso l'alto dalla pressione ma incontra lo strato di acqua che la spinge verso il basso. E quindi galleggia capovolta.
Qui fanno vedere un esperimento sulla levitazione acustica:
https://www.youtube.com/watch?v=VjfqYoA7rwY
Qui addirittura riescono a sollevare delle rocce, evidentemente usano degli altoparlanti molto potenti:
https://www.youtube.com/watch?v=ZqRA7m1KEGQ
Interessante, grazie 
Non sapevo della levitazione acustica, penso che questo spieghi appunto la "sospensione" dell'acqua e poi delle barchette; però lo scopo del video non era quello: la levitazione serve "solo" per evidenziare come la tensione superficiale riesca a "tenere insieme" una bella massa d'acqua.
Penso anche che tu abbia ragione riguardo alla barchetta però mi piacerebbe "vedere" qualche diagramma delle forze relative al fenomeno (niente di complicato altrimenti non capisco niente )
Thanks , Alex
Non sapevo della levitazione acustica, penso che questo spieghi appunto la "sospensione" dell'acqua e poi delle barchette; però lo scopo del video non era quello: la levitazione serve "solo" per evidenziare come la tensione superficiale riesca a "tenere insieme" una bella massa d'acqua.
Penso anche che tu abbia ragione riguardo alla barchetta però mi piacerebbe "vedere" qualche diagramma delle forze relative al fenomeno (niente di complicato altrimenti non capisco niente
)Thanks
, Alex
Premetto anch'io che non sono sicuro di quanto segue, ma se la massa d'acqua è effettivamente in uno stato assimilabile all'assenza di gravità allora gli effetti coesivi tra le molecole e, in particolare, la tensione superficiale diventano molto grandi e tendono ad intrappolare gli oggetti.
Una scena molto spettacolare del film "Passengers" illustra bene il fenomeno (sorvoliamo sul fatto che la rotazione di una astronave così grande si arresti in un tempo così breve)
https://www.youtube.com/watch?v=qeaiVveZWD8
In realtà la maggior parte dei commentatori scientifici dubitano che sia realmente possibile la formazione di bolle così giganti e coese da intrappolare un essere umano, ma nel complesso la cosa è considerata sensata
https://www.quora.com/How-scientificall ... pool-scene
Questo potrebbe spiegare perchè la barchetta capovolta tende a rimanere attaccata all'acqua.
Una scena molto spettacolare del film "Passengers" illustra bene il fenomeno (sorvoliamo sul fatto che la rotazione di una astronave così grande si arresti in un tempo così breve)
https://www.youtube.com/watch?v=qeaiVveZWD8
In realtà la maggior parte dei commentatori scientifici dubitano che sia realmente possibile la formazione di bolle così giganti e coese da intrappolare un essere umano, ma nel complesso la cosa è considerata sensata
https://www.quora.com/How-scientificall ... pool-scene
Questo potrebbe spiegare perchè la barchetta capovolta tende a rimanere attaccata all'acqua.
Interessante, grazie
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