Почему взлетело ведро?

[Ross]

Профессор показывает опыт по расширению жидкого азота: бросает бутылку с жидким азотом в большое ведро с некоторым количеством воды. Засыпает сверху шариками для пинг понга. Азот расширяется, бутылку разрывает, ведро взлетает примерно на метр. Почему? Вроде как не должно.
http://www.youtube.com/watch?v=dfiR1Rde7dI

[Flash-04]

думаю за счет упругости ведра. расширяющийся азот разрывает бутылку, та внутри воды создает гидравлический удар, дно ведра выпучивается и отталкивается от пола, соотвественно ведро подпрыгивает.
по моему так.

[perasperaadastra]

Я однажды лил расплав (1400 К) в металлическом ведре с водой. Пока я лил медленно, все было нормально. Но под конец расплав в тигле стал застывать, образовалась корка, и я решил бросить весь тигель в воду. К моему удивлению, из ведра почти ничего не выплеснулось. Но при этом бока ведра вмяло к центру. Почему - я не знаю.

[vaduz]

Или дно ведра или пол - пружина.
В обоих случаях должно подпрыгнуть...

В первом случае можно представить сжатую пружину, которая стоит на твердой поверхности. Если отпустить, то пружина подскочит.
Второй случай очевиден.

[goldenstate]

В этом конкретном опыте я согласен с flash-4, t.e. дно ведра упругое, и оно выпукляясь отталкивается от пола.

Но, представьте, что дно ведра плоское и неупругое. Подпрыгнет ли ведро в таком случае?

Если представить что нет помехи в виде пола (например, ведро в невесомости), то при разрыве бутылки азот (или его пары) распространяясь по всем направлениям _совершенно_ одинаково, оставят ведро на месте.

Но поск-ку бутулка неидеальна и ее разрыв неидеален, струи азота не распространяются по всем направл-м одинаково. В результате, ведро в момент взрыва может сдвигаться в случайном направлении. Если спроецировать это случайное направление на вертикаль, то вертикальная результирующая может оказаться направленной либо к полу либо от пола. Если от пола, то ведро естественно подпрыгнет. Если к полу, то поскольку пол окажет противодействие, ведро от него оттолкнется и опять же подпрыгнет.

Так что с полом ведро всегда подпрыгнет.

Кстати я не понял почему не было осколков от бутылки, она кажется была стеклянной?

[Flash-04]

ведро в невесомости, это будет как реактивный двигатель т.е. ведро полетит в направлении дна.

мне показалось что бутылка была пластмассовой.

[goldenstate]

ведро в невесомости, это будет как реактивный двигатель т.е. ведро полетит в направлении дна.

Да, видимо так. Да и без невесомости и с полом Вы тоже будете правы. Мой сценарий больше для ведра с крышкой.
А без крышки, значит, ведро еще сильнее подпрыгнет, т.к. азот может вероятнее вырваться вверх (т.е. ведро еще сильнее стукнет в пол и отскочит от пола).

[Palych]

Мы этот эксперимент в детстве проделывали. Только ведро было железное (небольшое) и вместо бутылки - самодельное взрывное устройство.
Если мощность небольшая - ведро не подпрыгивает.
Если побольше - подпрыгивает и дно остаётся выгнутым.

[Kolbasoff]

Азот расширяется, бутылку разрывает, ведро взлетает примерно на метр. Почему? Вроде как не должно.

Хорошая задачка по акустике, я сейчас такими развлекаюсь, пытаясь решить свою задачку про сглаживание акустического импеданса в гибком резиновом шланге. С пружинистостью пола или дна ведра взлет ведра не связан. Он связан с тем, что взрыв (т.е. мгновенные выпуск давления) бутылки, как и любой замкнутой 3-х мерной поверхности, порождает т.н. акустическую N-волну, т.е. сначала зона повышенного давления, потом зона разряжения. Математически это выражается тем, что возвратная отраженная от фронта волна, проходя через "ноль" - середину взорвавшейся бутылки - меняет фазу на 180 градусов. Фронт повышенного давления вытряхивает шарики из ведра. Следующая за ним зона разрежения засасывает ведро, которое взлетает. Тот же эффект можно видеть на видео испытания атомной бомбы - сначала дома валится от эпицентра (зона повышенного давления), потом обломки засасывает к эпицентру (зона разряжения).

phpBB [video]

[goldenstate]

Азот расширяется, бутылку разрывает, ведро взлетает примерно на метр. Почему? Вроде как не должно.

Следующая за ним зона разрежения засасывает ведро, которое взлетает

Куда засасывает? Бутылка же внутри ведра, а не снаружи (не сверху).

А видео интересное. Я так понял, что сначала происходит поражение излучением: видно как начинают дымиться дома, из окон дым, и пр. А потом уже идет ударная воздушная волна (что и есть аккустическая): от и, затем к, эпицентру. Некое воздушное цунами.

[Kolbasoff]

Азот расширяется, бутылку разрывает, ведро взлетает примерно на метр. Почему? Вроде как не должно.

Следующая за ним зона разрежения засасывает ведро, которое взлетает

Куда засасывает? Бутылка же внутри ведра, а не снаружи (не сверху).

Наверх засасывает. Это сферическая волна, созданная взрывом 3-х мерной сферы. Сначала вверх уходит зона повышенного давления, она вытряхивает шарики. Потом ее догоняет волна, отразившаяся от стенок ведра. Проходя через центр взрыва, отраженная сферическая волна меняет фазу на 180 градусов, т.е. акустическое давление из положительного становиться отрицательным. Эта зона отрицательного давления тоже уходит наверх, вслед за зоной повышенного давления, и засасывает в себя ведро.

[goldenstate]

Азот расширяется, бутылку разрывает, ведро взлетает примерно на метр. Почему? Вроде как не должно.

Следующая за ним зона разрежения засасывает ведро, которое взлетает

Куда засасывает? Бутылка же внутри ведра, а не снаружи (не сверху).

Наверх засасывает. Это сферическая волна, созданная взрывом 3-х мерной сферы. Сначала вверх уходит зона повышенного давления, она вытряхивает шарики.

Ok, игнорируем шарики и фокусируем на том, почему ведро подпрыгивает.

Потом ее догоняет волна, отразившаяся от стенок ведра.

Здесь давайте сделаем шаг назад и остановимся на моменте до отражения этой волны, т.е. рассмотрим тот момент, когда волна наталкивается на стенки ведра, а главное, на его дно. Так вот, в тот момент волна толкает ведро в пол, и естественно встретив противодействие со стороны пола, оно подпрыгнет именно в тот момент. До засасывания дело еще не дошло.

Проходя через центр взрыва, отраженная сферическая волна меняет фазу на 180 градусов, т.е. акустическое давление из положительного становиться отрицательным. Эта зона отрицательного давления тоже уходит наверх, вслед за зоной повышенного давления, и засасывает в себя ведро.

Если этот засасывающий эффект есть, то он может только усилить главный первоначальный эффект отталкивания ведра от пола в момент наталкивания первой волны на его дно.

[Kolbasoff]

Здесь давайте сделаем шаг назад и остановимся на моменте до отражения этой волны, т.е. рассмотрим тот момент, когда волна наталкивается на стенки ведра, а главное, на его дно. Так вот, в тот момент волна толкает ведро в пол, и естественно встретив противодействие со стороны пола, оно подпрыгнет именно в тот момент.

Надо попросить профессора повторить эксперимент с ведром, стоящим на абсолютно мягкой поверхности, например, на поролоновом мате. Или подвесить ведро на веревке к баскетбольному кольцу. Т.е. исключить влияние реакции опоры. Или же накрыть ведро плотной крышкой, что бы исключить влияние засасывания.

Интересно оценить скорость молекул в взрыве, считая пол абсолютно жестким, а ведро абсолютно мягким (т.е. нет потерь на нагрев пола и ведра и нет задержки передачи импульса), считая что ведро подпрыгнуло только из-за реакции пола.

кинетическая энергия молекул газообразного азота, двигающихся перпендикулярно дну по направлению вниз = Потенциальная энергия подлетевшего ведра.

1/2 * 1/2 * (масса жидкого азота в бутылке m)*(скорость азота v *2/Pi)^2 = (масса ведра M) * (высота подъема h) * g

v = Pi*sqrt(M*g*h/m)

масса азота = 1литр жидкого азота *0.8 кг/литр = 0.8 кг.
масса ведра = ~10 литров воды + пластиковое ведро ~ 10 кг
выстота подъема ~ 1м
g = 9.8 м/сек за сек
Pi=3.14

v = 3.14*sqrt( 10*10*1/0.8 ) = 35 m/s = 80 mph.