О перевернутой чашке с водой против атмосферного давления

Я предполагаю, что вы имели в виду «картон», а не «шкаф».

Когда чаша наполнена водой, в ней нет воздуха, и вода относительно несжимаема.

Поэтому, когда вы переворачиваете его, чтобы вода вытекала, картон должен был бы немного отойти от края чашки, чего он не может сделать, не слегка расширив воду, что делает несжимаемость воды. не разрешать. Таким образом, если уплотнение по краю чашки хорошее, вы не можете сдвинуть картон, не уменьшая давление в чашке, и давление воздуха снаружи не уменьшается, поэтому давление воздуха снаружи удерживает его на месте.

Если бы вы делали это в вакууме (игнорируя, что вода закипит), это бы не сработало. Картон просто отвалится.

По сути, это ничем не отличается от прижатия картона к мокрой стеклянной пластине. там, где он застревает, если вы каким-то образом не можете ввести немного воздуха в пространство, скажем, вставив иглу.

На самом деле поверхностное натяжение должно играть важную роль в этом. Вы когда-нибудь видели, как две стеклянные тарелки держат одну над другой со слоем воды посередине, так сложно их разделить? Почему так? Видите, когда слой воды попадает в середину двух пластин, по краям на самом деле появляется крошечная граница раздела воздух-вода. Вот где работает поверхностное натяжение. Контактный угол воды на границе раздела вода-стекло острый, поверхность воды (соприкасающаяся с воздухом) немного выгнута внутрь. В результате поверхностная пленка вытягивается наружу из-за сил реакции со стороны стеклянных пластин из-за поверхностного натяжения воды, стягивающей их (как в капилляре). Для поддержания баланса необходимо внешнее избыточное давление, равное$2T/r$где$T$это поверхностное натяжение и$r$- радиус кривизны поверхности. И поэтому давление внутри (в слое воды) меньше атмосферного на величину$2T/r$. Поэтому избыточное давление давит на верхнюю пластину сверху вниз, что затрудняет разделение. Кроме того, силы сцепления между молекулами воды и стекла заставляют их прилипать к водному слою, что еще больше усложняет задачу. (Обратите внимание* То, что я здесь упомянул, возникает только тогда, когда мы пытаемся поднять верхнюю плиту. Если плиты не трогать, поверхность воды на границе раздела воздух-вода фактически выпячивается наружу по очевидным причинам. , вообще-то на этот раз избыточное давление воды уравновешивает вес верхней плиты... Ладно, не заморачивайтесь)

Итак, теперь то, что происходит с водой и картонным корпусом, заключается в том, что картон слегка смещается вниз, создавая такую ​​же крошечную границу раздела воздух-вода по краям. Для поддержания равновесия давление внутри падает ниже атмосферного, что создает разность давлений, достаточную для удержания веса картона. Кроме того, силы сцепления также повышают стабильность.

Итак, теперь вы можете спросить, как, потому что давление внутри должно быть больше, чем атмосферное давление, потому что воздух уже присутствует в пустом пространстве над наполовину наполненным стаканом. Что происходит в этом случае, так это то, что, поскольку картон немного опускается, объем пустого пространства увеличивается. Первоначально давление воздуха в пустом пространстве было равно атмосферному давлению, но теперь увеличение объема снижает его. В некоторых случаях вы также можете увидеть, как немного воды вытекает из системы во время поворота вверх ногами. Это делается для того, чтобы объем пустого пространства наверху стал достаточно высоким, и, следовательно, давление стало достаточно низким, чтобы можно было поддерживать баланс.

Может быть немного длинный ответ. Но надеюсь поможет...

Проще говоря, я думаю, что все занимает место, поэтому, если вы предотвратите выпадение воды, вам удастся предотвратить попадание воздуха. Таким образом, ничего не изменится, все останется по-прежнему.

Атмосферное давление вызвано гравитацией воздуха и движением молекул воздуха, давление воздуха в наполовину заполненной перевернутой чашке ниже, чем давление воздуха снаружи из-за меньшей гравитации, поэтому давление воздуха все еще может удерживать воду в наполовину заполненной чашке.

1. Действительно ли давление воды в чашке меньше атмосферного давления?

Ответ - нет.

Простая гидростатика говорит:

Давление по глубине водяного стакана увеличится.

Таким образом, чистое давление в чаше больше, чем атмосферное давление. !!!

Затем, как держится карточная доска?

The $\bf{Surface~tension}$держит его.

2. Когда чаша наполовину заполнена водой, почему она все еще держится?

Все еще,$\bf{Surface~tension}$держит его.

Пластина будет удерживаться до тех пор, пока мы сломаем силу, которая обеспечивается поверхностной энергией воды (с контактирующей средой - воздухом в данном случае).

Как сказал Майк (в ответах) В вакууме (при условии, что вода не кипит !!!) Нет интерфейса -> Нет поверхностной энергии -> Плита не удержится.