Гидравлика. Вопрос о причине снижения манометрического (внутреннего) давления воды при движении по трубе постоянного сечения.
Петр Иванович Дубровский, добросовестный инженер – исследователь, честный и непредвзятый частный научный детектив.
Итак, смотрим видео:
Сделаем стоп-кадр:
Пояснения и объяснения преподавателя (курсив, лишние фразы не воспроизвожу, но дополняю - plain text):
Вы видите, что чем ближе к входу, тем выше уровень воды в манометрических трубках. Соответственно, тем больше давление воды в этом сечении.
В чём причина?
Дело в том, что, когда течёт вода по трубе, то при этом существует трение между водой и поверхностью трубы, а также между отдельными слоями воды.В центре трубы вода течёт с большей скоростью, чем рядом с трубой, где, по утверждению преподавателя, скорость воды равна нулю. Не знаю, откуда он почерпнул такие потрясающие познания про нулевую скорость, мне трудно бороться с буйным полётом фантазии многих физико-теоретиков, но допустим, что непосредственно у трубы скорость потока равна нулю, хотя на самом деле это определяется шероховатостью внутренней поверхности трубы и, что немаловажно - смачиваемостью материала, из которого изготовлена труба.
Вот, в текущей жидкости совершается работа против сил трения и поэтому кинетическая энергия (видимо, кинетическая энергия потока, состоящая из суммы кинетических энергий всех молекул воды, задействованных в потоке) будет тем меньше, чем ближе мы будем находиться (видимо, чем ближе то или иное сечение трубы) к сливному отверстию.
Ага, вон оно как, оказывается. Правда, после этого я внезапно услышал более-менее здравые слова: По мере приближения к сливному отверстию уменьшается напор жидкости, уменьшается и давление в жидкости.
А теперь давайте не спеша разбираться в том, что именно наговорил этот чудик физико-педагог.
Итак, величина потока, как принято считать, в трубе постоянного диаметра постоянная - то есть за один и тот же интервал через разные сечения трубы (в начале трубы, в середине в конце) проходит одинаковое количество молекул воды.
Так вот, я, как человек, слегка знакомый с гидравликой и занимавшийся испытаниями машин и механизмов, которые работали на гидравлическом приводе, а также, как инженер-мостовик - с распределением скоростей течения потока в реках по глубине и при сужении и расширении русла, с размывом грунта у свайных фундаментов при сооружении опор в русле, что отрицает "нулевую скорость течения", то есть я не по-наслышке знаком с реальной гидравликой, я хотел бы задать этому горе-физику несколько вопросов.
Возможно, есть другие педагоги, которые выступят в защиту своего побратима, я удовольствием выслушаю их обоснования.
Так вот, горе-физик наговорил, что кинетическая энергия (я так понимаю, что имеется в виду кинетическая энергия имени Лейбница, K = mV^2/2 ?) уменьшается - так как расходуется на преодоление сил трения. То есть, по мнению этого горе-физика, скорость молекул воды постоянно падает.
Тогда почему же величина потока остаётся постоянной? А ведь она, как очевидно, действительно остаётся постоянной.
Если предположить, что молекулы, которые находятся в непосредственной близости от трубы, затормаживаются по мере приближения потока с сливному отверстию, то я снова в недоумении. Ведь в этом случае, учитывая постоянную величину потока в каждом сечении, через каждое сечение S в течение одного и того же промежутка времени t проходит одинаковое кол-во молекул воды m.
Примем, что скорость всех молекул воды в крайнем правом (на видео и фото выше) сечении одинакова, равна V_1 и через сечение S_1 проходит за период t m_t молекул воды.
Допустим, часть, пускай 10% из этих молекул к прохождению левого, самого близкого сечения к сливу, затормозились до нуля - вследствие преодоления сил трения, как объяснял горе-физик. Это означает, что "действующее" сечение потока в сечении S_2 сузилось на 10% по сравнению с сечением S_1. Тогда, чтобы через это сечение за время t смогло пройти точно такое же кол-во молекул m_t, необходимо, чтобы скорость движущихся молекул воды в этом сечении выросла на те же 10%, точнее, как подсказал читатель Александр Бражник, на 11,1(1)%
А это означает, что кинетическая энергия (имени Лейбница, K = mV^2/2) потока не уменьшится, а увеличится, причём в данном случае аж на 23,45%. Надеюсь, это понятно? В случае, даже если некоторые молекулы не затормозились, а просто "сбавили обороты", то есть потеряли часть своей скорости из-за "трения потока" о шероховатую поверхность трубы, то, учитывая постоянство величины потока, некоторые молекулы просто обязаны набрать скорость, а это в любом случае приведёт к увеличению кинетической энергии потока, так как её зависимость от скорости молекул - квадратичная.
Многие остолопы, хотя и занимаются преподаванием физики, не знают и не понимают кое-каких основ. В частности, того, если "действующее сечение потока" уменьшается, то скорости молекул этом потоке увеличиваются, и, что особенно забавно - это приводит к тому, что кинетическая энергия имени Лейбница этого потока K = mV^2/2 тоже потрясающим, невероятным образом увеличивается - без какого-либо дополнительного воздействия извне. А это, други мои, позволяет призадуматься тем гражданам, которые истово веруют в энергию, выдуманную Лейбницем и в нынешний закон сохранения энергии, над созданием вечного двигателя.
Смотрим. Уменьшение диаметра трубы в 2 раза приводит к увеличению скорости молекул (при постоянстве величины потока) аж в 4 раза. Таким образом, не напрягаясь и без каких-либо затрат можно увеличить кинетическую энергию имени Лейбница аж в 16 раз. Каково? Тем, кому этого мало, может уменьшить диаметр трубы в 5 раз. Скорость молекул увеличится тогда в 25 раз, а кинетическая энергия имени Лейбница - невероятно, причем без каких-либо затрат - в 625 раз. Затем адептам энергии имени Лейбница останется лишь придумать, как лучше реализовать эту дармовую кинетическую энергию. Пускай даже КПД устройства для этой реализации будет всего 10%, но при уменьшении диаметра трубы в 5 раз всё равно можно будет получить более чем 60-кратную дармовщинку.
Так что, верующие в непогрешимость и гений РАН, профессоров вузов и Министерств просвещения, высшего образования и науки - дерзайте. Дармовая энергия прямо под вашим носом - так возьмите её.
А я, бедолага, лучше этим заниматься не стану, так как уже уяснил для себя дебилизм кое-каких общепризнанных догматов. И поэтому я сейчас просто ищу АДЕКВАТНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО для ЗАДУМАННОЙ МНОЙ КНИГИ.
Эта статья, как планируется, может стать одной из глав этой книги, одной из демонстраций глупости нынешнего закона сохранения энергии.
Ну а по поводу истинных причин падения давления в трубе постоянного сечения я бы хотел услышать тех, кто считает себя физиком-профессионалом.
Да, забыл предупредить: тупые посты малограмотных остолопов буду стирать не задумываясь. Если Вы написали пост и потом не увидели его, это означает лишь одно - Вам следует вновь вернуться к школьным учебникам физики, рекомендую "Элементарный учебник физики" под редакцией академика Г.С. Ландсберга. Но при этом не надо слепо и безоговорочно верить всему, что там написано.