Какие-нибудь решения для гидродинамической левитации Veritasium?

Итак, это видео на Youtube уже давно существует Veritasium Hydrodynamic levitation! .

Также эти вопросы могут быть связаны с объяснением механики жидкости объекта, левитирующего рядом с воздушной струей, и объяснением гидродинамической левитации .

Описание

Чтобы избежать гнилых ссылок и людей, которые не хотят смотреть видео, я попытаюсь объяснить явления.

У вас есть сфера и водяная струя. Струя воды вертикальна (скорость идет против силы тяжести) и касается сферы почти по касательной. Мяч не только вращается за счет струи воды, но и остается на постоянной высоте от земли. Угловая скорость может быть определена в направлении векторного произведения между положением точки контакта между струей и сферой (начало в центре сферы) и направлением струи. Несколько капель воды улетают вверху сферы в сторону от струи. Вся система кажется стационарной, пока расход воды одинаков, высота и частота остаются постоянными.

Предложения

Дерек ясно заявляет, что дело не в принципе Бернулли, так как в данном случае важно вращение мяча.

Кажется, есть два объяснения: «вода прилипает к сфере и выбрасывается, сохраняя горизонтальный импульс» и «эффект Магнуса» (МЭ). Последнее для меня не так очевидно, так как система покоится относительно неподвижного воздуха и есть две жидкости, вода и воздух (значит ли МЭ, что воздух толкает мяч горизонтально?).

Обратите внимание, что эффект Коанды (еще одно обычное решение) - это типичная демонстрация левитации шарика для пинг-понга в фене, которая объясняется принципом Бернулли, поэтому я не уверен, работает ли он как удовлетворительный ответ.

Сомнения

Обсуждается ли в какой-либо недавней статье/видео, что произойдет, если вы проведете тот же эксперимент с гидрофобными сферами? Можно ли его предсказать с помощью теорий ламинарного потока или для этого нужна турбулентность? Произойдет ли это явление, например, без воздуха?

Слишком много вопросов было задано, но пока не так много ответов в Интернете.

Я просто хотел знать, был ли разработан какой-либо стандартный гидродинамический формализм для моделирования этого явления или, по крайней мере, была ли проведена какая-либо экспериментальная характеристика явления (какое-либо исследование связи между трением, плотностью, частотой, высотой, радиусом и т. ).

В настоящее время неясно, что именно задает этот вопрос, не нажимая на предоставленную вами ссылку. Чтобы сделать вопросы более доступными и защитить от гниения ссылок , включите в свой вопрос всю необходимую информацию, такую ​​как объяснение обозначений или конкретной терминологии.
@ACuriousMind отредактировано.
Поскольку вы возвращаетесь к этому старому вопросу, рассмотрите это руководство .
@rob спасибо, можно ли объединить все правки в связный пост с тем же вопросом?
Вот в чем идея: просто сделайте так, чтобы ваш пост говорил то, что он должен говорить. Люди, которым интересны предыдущие версии, могут щелкнуть ссылку «отредактировано 5 часов назад».

Ответы (2)

Это происходит из-за трения, эффекта Коанда, за которым следует эффект Магнуса.

В середине он также показал, как вода повторяет изгиб мяча. Это в основном из-за «эффекта Коанда».

Из Википедии ,

Тенденция струи жидкости, выходящей из отверстия, следовать по прилегающей плоской или изогнутой поверхности и увлекать жидкость из окружающей среды, так что образуется область более низкого давления.

Здесь вода пытается увлечь жидкость из окружающей среды. Когда он приближается к поверхности, он не может вытягивать воздух из окружающей среды, что создает область низкого давления между поверхностью и струей. Это потому, что «когда что-то опустошается со своего места, тогда что-то должно заполнить пустоту, чтобы сохранить равновесие».

Во-первых, мяч начинает вращаться из-за трения между водой и поверхностью мяча, как в турбине Теслы. Поскольку вода ударяет по мячу с одной стороны (не по центру), он отталкивает мяч к другой стороне, потому что он стоит на пути воды. Как только шар начинает вращаться, жидкость, следующая за поверхностью, не прилипает к поверхности намного дольше и расходится по касательной.

Именно здесь вступает в действие «эффект Магнуса». Эффект Магнуса создает силу, перпендикулярную направлению струи. Эта сила толкает мяч назад, чтобы он оставался в контакте с струей с одной стороны. Таким образом, вес вращающегося шара полностью ложится на струю.

Сила магнуса пропорциональна скорости вращения шара, которая пропорциональна скорости струи воды.

Таким образом, мяч левитирует в воздухе до тех пор, пока разряд струи остается постоянным.

Итак, в пограничном слое из-за условия прилипания жидкость прилипает к стенке. и вязкость между слоями жидкости имеет тенденцию замедлять соседние слои из-за вязкого сдвига, таким образом, формируется пограничный слой. Здесь под трением я понимаю условие прилипания к поверхности.
Сила Магнуса не кажется правильной. Вы знаете пример силы Магнуса между двумя жидкостями? Моя проблема с эффектом Магнуса заключается в том, что мяч покоится по отношению к воздуху.
Сила Магнуса — это явление, а принцип Бернулли — просто схема для расчета общей величины давления; это просто способ получить приблизительное количество компромиссов между давлением и скоростью. Более того, теорема Бернулли верна только для несжимаемых, невязких и иррациональных потоков, пересекающих линию тока. В этом случае вся боковая сила, удерживающая его в контакте со струей жидкости, обеспечивается жидкостью, вращающейся вокруг шара в результате эффекта Магнуса. Забудьте о воздухе, подумайте о вращающемся шаре или цилиндре в жидкости, он испытывает силу Магнуса.
Да, проблема в том, что это становится слишком описательным, и из принципов вы не можете получить очень предсказуемый результат. Знаете ли вы какие-либо документы с подобными экспериментами?
Я попытался найти некоторые, но не смог найти ни одного. Если вы встретите что-то подобное, пожалуйста, напишите об этом в комментариях.
Эй, я нашел некоторую литературу по этому поводу. Они называют это «Жонглирование жидкостью». Он был представлен на 66-м ежегодном собрании Отдела гидродинамики Американского физического общества. вот ссылки, arxiv.org/abs/1310.2925 youtube.com/watch?v=p9_aUQDGDbU researchgate.net/publication/257592629_Fluid_juggling

Меня не убеждает его (упрощенное) использование закона Бернулли для объяснения этого эффекта. Ясно, что вода прилипает к мячу из-за эффектов вязкости и поверхностного натяжения, где нельзя использовать Бернулли, поскольку он предполагает, что силы вязкости пренебрежимо малы.

Вместо этого это приложение эффекта Магнуса , которое объясняет, как вращающийся мяч отклоняется от своей основной траектории полета, как это наблюдается, например, в таких видах спорта, как бейсбол. Из-за вращения мяча он быстрее вовлекает воздух вокруг одной стороны, создавая разницу давлений, которая перемещает его в направлении стороны с более низким давлением.

На самом деле ссылка на тур в НАСА прямо гласит, что подъем происходит по закону Бернулли. Последний пункт списка на этой странице (хотя это миф. Это гипотеза равновременности)
его? На самом деле, кажется, никто не рассматривает этот эксперимент как простое применение закона Бернулли. Но, используя уравнения гидродинамики (уравнения непрерывности-Эйлера, Навье-Стокса), можете ли вы предсказать это явление? Кто-нибудь дал четкую демонстрацию того, что это основано на адгезии?
@lalala - я имел в виду гипотезу о более длинном пути, теперь я понимаю, что это не так актуально, поэтому я удалил это утверждение.
@Mauricio - ведущий в видео (которого я имею в виду под «его») явно несколько раз упоминает Бернулли. Область низкого давления вызвана сопротивлением из-за вращательного движения мяча, это можно очень точно зафиксировать, используя гидродинамические уравнения в некоторой вращательной системе отсчета. Я не знаю ни одной такой демонстрации для этого конкретного случая, но, может быть, это представляет интерес?
@nluigi Дерек, ведущий, ясно заявляет, что это не демонстрация принципа Бернулли, о чем также говорится в описании видео. Он говорит, что думал, что эффект Коанда объясняется с помощью Бернулли, но этот эксперимент с водой — нет.
Какие-нибудь решения для гидродинамической левитации Veritasium?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v