Силы всасывания в шоколадной фабрике Вилли Вонка (снято в 2005 году с Джонни Деппом в главной роли) [закрыто]

Прежде чем я начну вопрос: я никоим образом не осуждаю этот фильм, просто случайно посмотрел его и увидел сцену (упомянутую ниже) и решил опубликовать этот вопрос.

Сцена: Мальчик падает в «шоколадную реку», есть трубка, которая всасывает шоколад. Силы всасывания настолько велики, что создают вихрь, и когда мальчик всасывается, он закупоривает трубку. Вилли Вонка упоминает, что шоколад аэрируется «водопадной» частью реки, что делает его очень легким.

Мои мысли: в этом так много неправильного, но давайте просто развлечемся тем фактом, что это детский фильм или художественная литература, и что машины/устройства на фабрике могут быть чрезвычайно продвинутыми (или высокоразвитыми) с точки зрения материаловедения, использования физики, инженерии, проектирования и управления технологическими процессами и различных других технологий.

Мой вопрос состоит из нескольких частей:

ПАРАМЕТРЫ ВОПРОСА ДОЛЖНЫ БЫТЬ ВЫЧИСЛЕНЫ В ПЕРВУЮ ОЧЕРЕДЬ: Чтобы ответить на этот вопрос и убедиться, что мы все используем одинаковые параметры, мне, очевидно, придется отредактировать этот вопрос в какой-то момент в будущем, однако на данный момент предположим следующее:

  • Длина трубы: 10 м
  • Высота трубы над жидкостью: 8 м
  • Трубка под жидкостью: 2 м
  • Внутренний диаметр трубки: 40 см
  • Материал Трубка изготовлена ​​из: Пуленепробиваемого стекла (или лучше?) с усилением/кольцами из нержавеющей стали.
  • Толщина стенки трубы: ?? (начните с пуленепробиваемого стекла)
  • Свойство жидкости: «жидкий шоколад, аэрированный водопадом». Вот два ресурса: промышленное производство и использование шоколада и шоколад, содержащийся в пузырьках .
  • Плотность жидкости: Это жидкий шоколад, который был аэрирован с помощью капли типа водопада, поэтому в нем есть очень маленькие пузырьки воздуха, которые делают его «легче», т.е. он был «микроаэрирован». Я собираюсь использовать 0,7 г/см3 в соответствии с информацией из раздела «Промышленное производство и использование шоколада».
  • Температура и давление в помещении: обычно - скажем 25С, давление на уровне моря.
  • Температура жидкости: 30С (нижняя точка плавления шоколада)
  • Масса мальчика: 65 кг (толстенький для своего возраста).

ВОПРОСЫ:

  1. Какая МИНИМАЛЬНАЯ сила необходима, чтобы поднять столбик жидкого шоколада на 10 м в этих условиях?
  2. Предполагая, что до того, как трубка «застрянет», может быть создано 10% дополнительной силы, какова будет результирующая разница давлений между всасываемой частью трубки и шоколадом (т. е. мальчик — это закупорка)?
  3. Не убьет ли это его / выбьет ему глаза / вызовет серьезные проблемы с дыханием? Должна ли сила всасывания быть меньше, когда шоколад уже всосан в трубку, т.е. это всасывание жидкости, а не создание вакуума для всасывания газа, а затем жидкости?
  4. Если предположить, что трубка изготовлена ​​из материала, указанного выше, какой толщины она должна быть, чтобы выдержать перепад давления без разрушения. Обратите внимание, что есть усиливающие стойки/металлические кольца.
  5. Какая скорость/скорость всасывания (при неограниченном запасе жидкого шоколада, трубке заданного внутреннего диаметра и глубине под поверхностью 2 м) потребуется для образования вихря диаметром около 5 м и глубиной 2 м в жидкость.

Я надеюсь увидеть некоторые ответы по этому поводу, поскольку это странная сцена в странном фильме.

Нам нужна плотность жидкого шоколада. Помните, что «поднятие за счет всасывания» на самом деле означает «выталкивание атмосферой»; это ставит максимальную высоту, на которую вы можете поднять жидкость, как час "=" п р ⋅ г ; для воды и нормального атмосферного давления, что дает высоту 10 м. Если жидкий шоколад более плотный (он тонет), он сможет подняться менее высоко. Я предполагаю, что вихрь еще больше снизит давление на входе. Не уверен, что могу визуализировать эту часть вопроса...
Только что исправил мой вопрос, предположим, что плотность микропористого шоколада составляет 0,7 г / см3. Я думаю, что всасывание / вихрь изменится, однако вихрь появляется только после того, как будет выполнено начальное всасывание, следовательно, это не повлияет на минимальное количество силы, необходимое для запуска.
Вы беспокоитесь о насосе на фабрике Вилли Вонки, когда в фильмах есть более серьезные нарушения науки/физики ?
Просто для ясности: мы говорим о фильме 1971 года «Вилли Вонка и шоколадная фабрика» с Джином Уайлдером в главной роли, а не о фильме 2005 года «Чарли и шоколадная фабрика» с Джонни Деппом в главной роли?
@DanielGriscom Спасибо за ваш комментарий. Я имел в виду фильм 2005 года с Джонни Деппом в главной роли, хотя, думаю, мне придется посмотреть и оригинал, если будет похожая сцена. Параметры проблемы указаны в вопросе на всякий случай, если они отличаются, я буду ссылаться на версию 2005 года, поскольку именно на нее я изначально ссылался. Я отредактировал вопрос, чтобы уточнить.
@KyleKanos Спасибо за комментарий. Причина, по которой я был обеспокоен этим, заключается в том, что это может быть в сфере реальной физики. Если приложена достаточная сила, чтобы понизить давление над шоколадом, то будет движение вверх. Если шоколад был микроаэрирован, он будет иметь меньшую плотность. В реальном мире шоколад пузырился бы, если бы был вакуум, однако, поскольку голова ребенка не взрывается и шоколад не пузырится, возможно, приложена менее интенсивная сила. Если это возможно, то лучший способ догадаться — вычислить!
Кинофизика в целом находится в сфере реальной физики, обычно реальные вещи отбрасываются в сторону в пользу более «развлекательных» аспектов.

Ответы (1)

Физическая абсурдность — или, по крайней мере, сильно гиперболизированные ситуации — большинства сценариев Роальда Даля является неотъемлемой частью Даля — это абсолютная часть его юмора, и его несоблюдение законов физики в этом отношении вполне преднамеренно.

Сказав это, "Большой Жадный Нинкомпуп" ​​исчезнет вверх по трубе, вполне возможно, при условии правильного типа помпы. Однако он, скорее всего, не выдержит этого испытания.

Поршневой насос, который полностью перекрывает всасывание и выпуск, может создать почти идеальный вакуум в трубе над обреченным Августом, чтобы он мог поддерживать столб жидкости с плотностью 700 к г м − 3 с высотой час данный р г час "=" 10 5 Н м − 2 , или около 14 м высотой. В этом также есть компонент сопротивления, определяемый уравнением Хагена-Пуазейля, когда жидкость течет, с перепадом давления, пропорциональным вязкости жидкости, но это просто будет управлять его скоростью в трубе: если жидкость слишком густая, Master Gloop будет замедляться до тех пор, пока перепад давления из-за вязкости не станет достаточно малым, чтобы выдержать вес жидкости и вес Master Gloop. По той же причине глубина забора трубы ниже поверхности озера влияет только на скорость движения обреченного Августа, но не влияет на предельную грузоподъемность. Когда он достигает высоты 8 м , если насос тянет почти до полного вакуума, то сила, толкающая его вверх, эквивалентна весу шести метров шоколада над ним (максимальная высота столба 14 метров, минус высота трубки восемь метров). Для 40 с м диаметр трубы, это соответствует направленной вверх силе π × 0,2 2 × 700 килограммы веса: вес около 90 кг. Это может быть просто вызвано трением между Мастером Глупом и стенами, так что он может не совсем понять. 8 м , но его, безусловно, можно было бы поднять на высоту такого порядка.

Последней важной переменной здесь является толщина стенки: ее должно быть достаточно, чтобы выдержать давление атмосферы вокруг вакуума. Это инженерная проблема, и толстое стекло обязательно с этим справится. Сила сжатия Ф поддерживается в стенках цилиндра перед лицом разницы давлений п находят, рисуя диаграмму силы свободного тела на дуговом сечении, образующем угол θ : внутреннее сокрушение п θ р ℓ (для θ ≪ 1 ) на такой дуге осевой длины ℓ и радиус р компенсируется нормальными компонентами 2 Ф грех ⁡ ( θ / 2 ) сжимающей силы стены, таким образом, если стена имеет толщину т , сжимающее напряжение равно п р / т . Это оказывается лишь умеренным требованием для т в несколько сантиметров. Для стенки толщиной в один сантиметр напряжение сжатия составляет 20 атмосфер: намного ниже предела текучести стекла.

В трубке Мастер Глуп будет находиться в сознании около восьми секунд, если насос создаст полный вакуум. Его нужно будет вывести оттуда в течение минуты или даже меньше, прежде чем возникнет необратимое повреждение мозга, но, учитывая, что Даль подразумевал, что мозг Глупа не был жизненно важным органом, у него могло быть больше времени. Ему почти наверняка понадобится гипербарическая кислородная терапия для лечения острой декомпрессионной болезни, если он выживет. Будем надеяться, что Вонка установил защитный экран на входе насоса, чтобы предотвратить повреждение Мастера Глупа работой насоса.

Достойный ответ!
Отличный ответ .. не могли бы вы попробовать сказать что-нибудь и о вихре, пожалуйста? :)
@ДарренР. Гидромеханика не моя сильная сторона. В частности, довольно сложной темой является образование вихрей. Если вы погуглите «Формирование вихря» и «Численный анализ формирования вихря» и тому подобное, вы обнаружите, что основные методы здесь экспериментальные и численные. Я не совсем уверен, какое влияние на вихри оказывает вязкость шоколада. Обычно такое впускное отверстие проектируют таким образом, чтобы избежать завихрений, поскольку они могут привести к попаданию воздуха во впускное отверстие, что может затруднить откачку.
Силы всасывания в шоколадной фабрике Вилли Вонка (снято в 2005 году с Джонни Деппом в главной роли) [закрыто]
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v