Обыкновенные водяные ракеты из пластиковых бутылок

Я вижу, что все объяснения сводятся к тому, что "так по формуле получается". Отсюда я делаю вывод, что все, как и я, физического смысла этого дела не понимают.

Что я имею в виду под пониманием физического смысла. Вот в том примере с тележкой - независимо от того, привязана вторая тележка или нет, первая в начальный момент времени получает одинаковое ускорение. Причина - в обеих случаях на эту тележку действует одинаковая сила упругости пружины. Вот это и есть понятное, без формул, объяснение на уровне физического смысла.

Serge77> Я вижу, что все объяснения сводятся к тому, что "так по формуле получается". Отсюда я делаю вывод, что все, как и я, физического смысла этого дела не понимают.
Serge77> Что я имею в виду под пониманием физического смысла. Вот в том примере с тележкой - независимо от того, привязана вторая тележка или нет, первая в начальный момент времени получает одинаковое ускорение. Причина - в обеих случаях на эту тележку действует одинаковая сила упругости пружины. Вот это и есть понятное, без формул, объяснение на уровне физического смысла.

Я тоже не понимаю, почему 2.
И просмотрев выкладки не понял.
Там есть некая сила, которая куда то действует.
А меня интересует суммарный импульс получаемый системой. Вот от него надо плясать, а не от внутренних процессов.

Serge77> Что я имею в виду под пониманием физического смысла. Вот в том примере с тележкой - независимо от того, привязана вторая тележка или нет, первая в начальный момент времени получает одинаковое ускорение.

Мне кажется, что случай с тележками трактован неправильно. Поясню свою точку зрения. Возьмем случай с незафиксированной тележкой. Если мы намертво зафиксируем середину пружины, например, гипотетической тонкой стенкой, то что изменится в движении тележек? Ничего! Это означает, что на отдельную тележку в данном случае действует не вся пружина, а только ее половина, значит и половина силы упругости пружины. Т.е. в случае незакрепленной тележки ускорение будет в 2 раза меньше.
Можно и подругому. В случае, когда одна тележка закреплена, пружина действует на одну тележку, т.е. одну массу. В незакрепленном случае - на обе тележки, т.е. на две массы. Значит опять тот же вывод: в случае свободных тележек ускорение в 2 раза меньше.

RocKI, не умножай сущности сверх необходимого. Не нужны стенки, просто нарисуй все силы, действующие на тележку. Пусть сначала две тележки связаны ниткой. Нарисуй силы, убедись, что силы во все стороны равны, тележки стоят. Потом разрежь нитку и сотри с рисунка вектор силы от этой нитки. Посмотри, что осталось. Убедись, что в обеих случаях силы одинаковые.

RocKI> Мне кажется, что случай с тележками трактован неправильно. Поясню свою точку зрения. Возьмем случай с незафиксированной тележкой. Если мы намертво зафиксируем середину пружины, например, гипотетической тонкой стенкой, то что изменится в движении тележек? Ничего! Это означает, что на отдельную тележку в данном случае действует не вся пружина, а только ее половина, значит и половина силы упругости пружины. Т.е. в случае незакрепленной тележки ускорение будет в 2 раза меньше.
RocKI> Можно и подругому. В случае, когда одна тележка закреплена, пружина действует на одну тележку, т.е. одну массу. В незакрепленном случае - на обе тележки, т.е. на две массы. Значит опять тот же вывод: в случае свободных тележек ускорение в 2 раза меньше.

А физику то ты и забыл.
Половинная пружина с половинной деформацией и той же упругостью имеет ту же силу сжатия.
А соответственно и начальное ускорение будет то же.
Другое дело, закон движения будет другой и энергии в двух половинках вдвое больше.
Но начальная сила и начальное ускорение - одинаковое.

RLAN> А физику то ты и забыл.
RLAN> Половинная пружина с половинной деформацией и той же упругостью имеет ту же силу сжатия.

Мнэ-э-э... Похоже на то.

umbriel> Я ж все вам вывел, че вам еще нужно?
umbriel> На верхнюю и нижнюю крышку действует давление, на нижнюю меньше, потому что дырка и потому что быстро обтекает вода (молекулы реже барабанят по единице площади). В силу божественности водяных ракет эта разница равна 1.99*площадьсопла*давление
umbriel> Какие-то тележки... странно что сашапро еще не поучаствовал

Конечно, многое уже забыто.
И аргументированно возразить не готов.
Но я бы не был столь категоричен.
Возьми вместо воды газ.
А еще лучше предкритическую и послекритическую жидкость/газ.
В какой момент 2 изменится на 1 ?

umbriel> Я ж все вам вывел, че вам еще нужно?
Кстати, на обну грубейшую ошибку в твоих расчетах я тебе укажу сразу.
Неразрывность потока и закон Бернулли здесь применять абсолютно противопоказано.

RLAN> В какой момент 2 изменится на 1 ?

2 на 1 не меняется ни в какой момент, там еще сложнее, я уже писал это десять раз.
Там F = m*u + S(P-Pa), m*u пропорционально S и P0, коэффициент сложный и не равен 1
Причина - сжимаемость.

RLAN> Неразрывность потока и закон Бернулли здесь применять абсолютно противопоказано.
Это почему?)

Ой-ой, скорей нужно делать новые ракетопускания.
А то тут такое творится... Земля в невесомости с разгонным стержнем и тележками на пружинах, тонкие стенки, неуравновешенное давление во всех дырах...

umbriel> Ckona, проверь, если хочешь.
А что проверять - ты абсолютно прав !
Я сам в свое время проделал точно такие же выкладки.

И в отношении газовой реактивной силы - тоже прав.
И я согласен с тобой - процессы непростые, и формулы не могут быть примитивными.

Проблема в том - как наглядно и доходчиво объяснить тот факт, что сила, разгоняющая водяную ракету постоянной массы по разгонному стержню и сила, разгоняющая ракету переменной массы при отбрасывании воды - отличаются в 2 раза.

Вот ползет черепаха, 0,1 км/час. За ней гонится собака, 15 км/час.
Как только собака пробегает расстояние до черепахи, последняя продвигается на некоторое расстояние - она же не стоит на месте. Собачка снова бежит, прибегает - а черепахи снова нету, уползла. Как наглядно, без предельного перехода, объяснить, что собачка может догнать черепаху ?

>Serge77 Будет ли ускорение свободной тележки в этих двух случаях разным в начальный момент времени? Если да, то мне неясно, почему.

Смотря какую систему отсчёта выбрать.
В первом случае всем очевидно, что это Земля, но во втором случае её нет, так как она заменяет собой тележку.
Получаетя, что системы отсчёта разные. Вот и ускорения разные.

>Serge77 Классический пример - две тележки расталкиваются пружиной. Если одна тележка закреплена к столу - первый случай (ракета на стержне), а если обе не закреплены - второй случай ("реактивная тяга"). В чём разница? Только в том, что в первом случае масса закреплённой тележки равна массе Земли.

И действительно в чём???

Допустим: масса тележки 1т (1000кг), сила пружины постоянна и равна 10000Н, действует в течение 1с., одинаково на оба тела => оба тела получают одинаковый импульс.
Масса Земли 5,98e24кг.

Их ускорения относительно неподвижной системы отсчёта составят:
Тележка: 10м/(с*c)
Земля: -1,67224e-21м/(с*c) (Земля слева, тележка справа, а ось ОХ направлена вправо)

Их скорости относительно неподвижной системы отсчёта составят:
Тележка: 10м/с
Земля: -1,67224e-21м/с

Получается всё тот же случай с реактивной тягой.

Если система отсчёта закреплена на левой тележке или Земле, то их (обоих тележек или Земли+тележка) ускорения и скорости будут суммироваться.
Поэтому свободная тележка будет двигаться и ускоряться быстрей относительно того тела, от которого отталкивается, чем относительно неподвижной системы координат.

Нет никакой разницы, в обоих случаях работает закон сохранения импульса. В обоих случаях отбрасываются в разные стороны тела, посредством реактивной тяги.
И вообще, не вижу связи этого примера со стержнем в сопле. Не понимаю, как можно рассматривать то, что произошло без учёта конструктивных особенностей устройства, создающего тягу (пример с тележками), в сравнении с конструкцией двигателя, который создаёт эту тягу (стержень в сопле).

SashaPro> Смотря какую систему отсчёта выбрать.

Выбирать нужно, как всегда, правильную систему отсчёта. Ту, в которой исходные тела были неподвижны.

SashaPro>> Смотря какую систему отсчёта выбрать.
Serge77> Выбирать нужно, как всегда, правильную систему отсчёта. Ту, в которой исходные тела были неподвижны.

А закрепить её с каким телом тогда?
1. 1-я тележка слева
2. 2-я тележка справа
3. Земля
4. Или где-нибудь в пространстве

RLAN>> Неразрывность потока и закон Бернулли здесь применять абсолютно противопоказано.
umbriel> Это почему?)

Просто потому, что нас не интересуют внутренние процессы (не вообще, а в данном случае).
А интересует только некий поток, который уже разорвал пуповину с исходным сосудом, когда он уже стал объектом, уносящим импульс от нашей водяной ракеты. Он пересек границу сопла, давление упало до 0, поставив крест на неразрывности потока.

Ckona> Я сам в свое время проделал точно такие же выкладки.
Нет, ты брал скорость по Торричелли и умножал на секундный расход, выкладки радикально разные.

Ckona> Проблема в том - как наглядно и доходчиво объяснить тот факт, что сила, разгоняющая водяную ракету постоянной массы по разгонному стержню и сила, разгоняющая ракету переменной массы при отбрасывании воды - отличаются в 2 раза.
Объясняю 11й раз: когда ракета разгоняется по стержню, вода по стенкам перед дыркой не течет.

RLAN>Просто потому, что нас не интересуют внутренние процессы (не вообще, а в данном случае).
RLAN>А интересует только некий поток, который уже разорвал пуповину с исходным сосудом, когда он уже стал объектом, уносящим импульс от нашей водяной ракеты. Он пересек границу сопла, давление упало до 0, поставив крест на неразрывности потока.
Естественно, я не применял ни закон неразрывности потока, ни бернулли к тому что за соплом, я его не рассматриваю. То что там - нам до звезды. Единственный способ возникновения тяги это давление на внутренности двигателя (и раструб, если рабочее тело газ).

umbriel> Единственный способ возникновения тяги это давление на внутренности двигателя (и раструб, если рабочее тело газ).

Единственный способ получения столь необходимого нам импульса - унос импульса рабочим телом, водой, газом, стержнем. И пользуясь твоей терминологией - какое где давление там - нам до звезды.

Небольшое концептуальное замечание.
Полностью согласен с Сергеем. Даже в самом непонятном явлении можно показать физическую суть, связь процессов, причины и следствия. Особенно, если это относится к элементарной физике, а аэрогидродинамика - один из несложных ее разделов. На этом уровне все можно пощупать и смоделировать. Формулы и выкладки здесь - дело даже не второе. Можно за ними как угодно маскироваться, задурить голову себе и людям.
А вот понятно и просто изложить - уже сродни таланту.
Пока вам это не удалось.
Я поставлю вопрос крифеям гидродинамики - послушаю их ответ.
Окончательную точку может поставить только эксперимент.

RLAN> Я поставлю вопрос крифеям гидродинамики - послушаю их ответ.

Только ты не спрашивай - почему с водой вдвое больше. Ты спроси - будет ли разница и какая. Может они третью версию выдадут ;^))

Serge77> Итак, две ракеты: одна с водой и газом, вторая только с газом. Почему тяга у первой - удвоенное произведение площади критики на давление, а у второй - не удвоенное? (сопло без дивергентной части, просто дырка)

Это на самом деле так или это не известно???
Конкретно вот это:
Serge77> ...тяга у первой - удвоенное произведение площади критики на давление?

Вспомнилось про гидроджет, если направляюий стержен сделать полым (трубой), и в стартовом столе разместить источник давления. То, даст ли это возможность стартовать с большей массой воды и следовательно, увеличить активный участок?

RLAN> Окончательную точку может поставить только эксперимент.

типа такой приблуды (точки соединения не жесткие) ?

RLAN> Половинная пружина с половинной деформацией и той же упругостью имеет ту же силу сжатия.

Ну да, длинная пружина или короткая, какая разница...
F1 = k * dX1 - первая пружина
F2 = k * dX2 - вторая пружина

dX1 = 2dX2 (у второй пружины ход меньше вдвое из-за меньшего числа витков, так?)

F1/F2 = dX1/dX2;
F1/F2 = 2* dX2/dx2;
F1/F2 = 2;
F1 = 2 * F2.
Вдвое обрезанная пружина потребует вдвое меньшего усилия для полного её сжатия.

Чем длинней пружина, т.е. чем больше в ней витков, а всё остальное неизменно, тем большая нагрузка потребуется, чтобы полностью её сжать.

Serge77>> ...тяга у первой - удвоенное произведение площади критики на давление?

Значит есть формула для тяги двигателя:

F1 = 2*P1*S1, где
F1 - тяга двигателя, Н;
P1 - Давление, ускоряющее воду, Па;
S1 - Площадь, на которое действует давление P1, кв. М.

Ясен перец, что некая сила, которая образуется при действии давления P1 на площадь S1, совершает работу перемещения рабочего тела (воды). И вычисляется так:

A1 = F1*(l2 - l1), где
F1 - сила, совершающая работу, Н;
A1 - работа силы F1, Дж;
(l2 - l1) - перемещение тела (воды), на котором эта работа была совершена, м.

С другой стороны в нашей системе присутсвует газ, который создаёт рабочее давление. Его работа изобарического расширения составит:

A2 = P2*S2*(L2 - L1), где
A2 - работа расширяющегося газа, Дж;
P2 - среднее давление в камере, Па;
S2 - площадь, на которую давит газ, кв. м;
(L2 - L1) - изменение объёма газа только по длине при S2=const, м.

Ну само собой эти две работы должны быть равны, ведь чудес не бывает:

A1 = A2;

2*P1*S1*(l2 - l1) = P2*S2*(L2 - L1);

Тут площади S1 = S2, так как открытая поверхность воды равна площади внутреннего сечения камеры двигателя, тогда:

2*P1*(l2 - l1) = P2*(L2 - L1);

Давление которое создаёт газ непосредственно распространяется на поверхность воды и давит на неё P1 = P2, тогда:

2*(l2 - l1) = (L2 - L1);

Упростим геометрически камеру с соплом. Критический диаметр будет равен внутреннему диаметру камеры, тогда вода пройдёт путь по трубе равный линейному изменению объёма газа, т.е. l2 - l1 = L2 - L1:

2 != 0

И-и-и??? Как это??? Может я чего-то упустил???

SashaPro> 2 != 0
SashaPro> Может я чего-то упустил???

Нет, все правильно.
За нулевые знания всегда ставится "двойка".

Газ расширяется адиабатически, работа определяется объемами "до" и "после" вытеснения воды, энергия в конечном итоге превращается в кинетическую - воды и ракеты.
И тяга двигателя в процессе работы меняется.
Ну, тут процессы сложные, с первого разу можно и заблудиться.

А вот за
> dX1 = 2dX2 (у второй пружины ход меньше вдвое из-за меньшего числа витков, так?)
я бы все-таки сжег тебя на костре, как бесоватого малахольника.