چرا تفالهٔ چای در مرکز لیوان جمع میشه؟

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
Enjoy-physics

عضویت : دوشنبه ۱۴۰۰/۱/۲۳ - ۰۵:۵۳


پست: 55

سپاس: 25

چرا تفالهٔ چای در مرکز لیوان جمع میشه؟

پست توسط Enjoy-physics »

وقتی چای داخل یک لیوان پر از چای رو هم میزنیم و باعث حرکت چرخشی چای و تفاله‌های چای تو لیوان میشیم، بخاطر حرکت دایره ای چای، به تفاله‌ چای نیروی گریز از مرکز وارد میشه پس باید قاعدتاً از مرکز دورتر بشن.
اما میبینیم که تفاله چای بجای دورتر شدن از مرکز، در مرکز لیوان جمع میشه.

اما همینکه خوده لیوان رو هم شروع به چرخوندن میکنیم، تفاله چای شروع به دور شدن از مرکز میکنه تا اینکه به دورترین جا از مرکز لیوان یعنی دیواره‌های لیوان، میرسه.
یعنی اینجا تاثیر نیروی گریز از مرکز رو میتونیم مشاهده کنیم.

اما بجز چای تو همه سیالاتی که حرکت دورانی دارند این مورد دیده میشه که اجسام سنگینتر مثل سنگریزه‌ها ، مواد تهنشین شده یا... بجای دورتر شدن از مرکز ، بسمت مرکز کشیده میشن و انگار هیچ اثر گریز از مرکزی ندارن.

اما سوالم اینه که چرا در حالت اول قضیه برعکس میشه و تفاله چای بجای دورتر شدن، تو مرکز لیوان جمع میشه؟
آخرین ویرایش توسط Enjoy-physics چهارشنبه ۱۴۰۰/۳/۱۲ - ۱۶:۴۲, ویرایش شده کلا 1 بار

نمایه کاربر
You-See

نام: U30

محل اقامت: تهران

عضویت : یک‌شنبه ۱۳۹۳/۵/۱۹ - ۱۹:۰۵


پست: 1114

سپاس: 737

جنسیت:

تماس:

Re: چرا شمکه چای در مرکز لیوان جمع میشه؟

پست توسط You-See »

سلام.
احتمالا گودی ایجاد شده توسط چرخش در حالت اول سبب می شه که تفاله چای تو اون گودی سقوط کنه.
در حالت دوم هم شما دارید این گودی رو کم می کنید یا از بین می برید.
دوستای گلم حمایت کنید : https://cafebazaar.ir/app/com.nikanmehr.marmarxword/

Enjoy-physics

عضویت : دوشنبه ۱۴۰۰/۱/۲۳ - ۰۵:۵۳


پست: 55

سپاس: 25

Re: چرا شمکه چای در مرکز لیوان جمع میشه؟

پست توسط Enjoy-physics »

سلام یوسف جان ممنون، من یک چیزی رو یادم رفت بگم اینکه که تفاله‌هایی که در ته لیوان ته نشین شدن مد نظرم هست.

اما در مورد مواد روی چای بنظرم حرف شما درسته.

نمایه کاربر
You-See

نام: U30

محل اقامت: تهران

عضویت : یک‌شنبه ۱۳۹۳/۵/۱۹ - ۱۹:۰۵


پست: 1114

سپاس: 737

جنسیت:

تماس:

Re: چرا تفالهٔ چای در مرکز لیوان جمع میشه؟

پست توسط You-See »

در این باره مطمئن نیستم ولی نظر من اینه:
به نظر من مایع خیلی راحت تر از اون اجسام و خاکه و ته نشین، می تونه حرکت کنه، به همین دلیل مایع اطرافش سرعت بالاتری نسبت به اونا می گیره
بنا بر اصل برنولی اگر سرعت سیال بالا بره فشارش پایین میاد، هر چی سرعت بالاتر بره فشار پایین تره، فکر می کنم سرعت مایع حول اون لوله مانند ایجاد شده توسط چرخوندن با قاشق از همه مایع بیشتر باشه و در نتیجه نوعی مکش موضعی درست می کنه و این ها که کندتر هستن رو می مکه و به دام می ندازه
در حالتی که خود لیوان رو می چرخونید سرعت نقاط دورتر لیوان بیشتر می شه و اتفاق برعکسی می افته
یعنی در همه حالتها، اون خاکه ها جذب نقاط کم فشارتر مایع می شن.
البته من مطالعه ای روی مکانیک سیالات نداشتم، دوستان اگر توضیح قانع کننده تری دارند بفرمایند ( البته به جز اسپمرهای عزیز :) )
این مورد برای خود من هم جالب بود و چند دقیقه ای درگیرم کرد، خوبه که به این مسائل روزمره توجه دارید. آفرین
دوستای گلم حمایت کنید : https://cafebazaar.ir/app/com.nikanmehr.marmarxword/

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 747

سپاس: 434

جنسیت:

تماس:

Re: چرا تفالهٔ چای در مرکز لیوان جمع میشه؟

پست توسط rohamjpl »

ما بحثی داریم به این شرح که .ورتکس موجود در مایع ذرات را در مرکز جمع می کند
من اینطور بگم اولاً ، بعد از اینکه لرزش فنجان را متوقف کردید ، گرداب پایدار میشه زیراشما وقتی فنجان را به روش متناوب تکان می دهید ، نیروهای وارد بر کل مایع ناهموار هستند ، هنگامی که لرزش فنجان را متوقف می کنید ، گرداب قادر است به طور مساوی به مایع نیرو وارد کند . (اصطکاک بین دو طرف فنجان و مایع چرخان به ایجاد ثبات در گرداب کمک می کند.)
خوب میدونیم جامدات موجود در سوسپانسیون نسبت به محلول مایع چگال ترند و بنابراین برای افزایش نیروی گریز از مرکز و پرتاب بیشتر ماده جامد به حرکت بیشتری نیاز است. محلول ، چای ، چگال بسیار کمتری نسبت به ماده جامد داره ، بنابراین بیشتر از آن خارج می شود.کاربر گرامی Enjoy-physics و جنابYou-See حدس شما کاملاً درست است ،اره به معادله برنولی وابسطه هست . زیرا اگر همان نیرو به ضخامت کمتری وارد شود ، شعاع بیشتر خواهد بود.که من اوردم و فقط یک فرمول کوتاه میدم توجه بعضی افراد
آب را با استفاده از یک قاشق هم بزنید و قاشق را به سمت بالا بردارید. به زودی ، برگ های چای در مرکز پایین جمع می شوند.
به دلیل گرانروی سرعت محیطی آب در پایین لیوان کندتر است. بنابراین ، نیروی گریز از مرکز در پایین کمتر است. (در دینامیک سیال ، ما اغلب این پدیده را همراه با ذرات سیال چرخان مشاهده می کنیم (یک سیستم مختصات چرخان) که من روابط ندادم. با توجه به این نکته ، و با کمک نیروهای آشکار و گریز از مرکز ، پدیده فعلی را توضیح میدم .)
با این حال ، اثر گرانروی در قسمت بالای آب ضعیف تر است و بنابراین سرعت محیطی سریعتر است. بنابراین ، نیروی گریز از مرکز در آب نزدیک به بالای آن در مقایسه با آب در پایین آن بیشتر است.
به دلیل نیروی گریز از مرکز ، فشار آب در نزدیکی دیواره های لیوان بیشتر است. با این حال ، در پایین ، نیروی گریز از مرکز کوچکتر است و با فشار بالاتر در نزدیکی دیواره ها ، یک جریان متصل به مرکز ایجاد میکنه این جریان یک جریان در حال افزایش در مرکز ، یک جریان به سمت خارج در بالا و یک جریان به سمت پایین در امتداد دیواره ها ایجاد می کند و گردش ایجاد می کند.
گرچه جریان کلی (جریان اولیه) چرخش است ، جریان گردش عمود بر چرخش نیز تشکیل می شود. این جریان را جریان ثانویه میگن . برگ های چای به دلیل این جریان ثانویه در مرکز جمع می شوند.
هم زدن مایع با عملکرد گریز از مرکز باعث ایجاد طرح جریان مارپیچی می شود. ... این لایه مرزی فشار بالا به سمت داخل امتداد می یابد و حتی بر اینرسی توده فعال شده سانتریفیوژ برگ چای غلبه می کند. بنابراین اصطکاک بین فنجان و آب است که باعث ایجاد نیروی گریز از مرکز روی توده برگ های چای می شود.هنگامی که چای در یک لیوان چای چرخانده می شود که سنگین تر از آب است؟
سطح چای مقعر است و در هر دو حالت عمق پایین تر در مرکز قرار دارد. بنابراین فشار در مرکز نمی تواند بیشتر از لبه باشد. برگهای چای غرق می شوند ، بنابراین سنگین تر از آب هستند و نباید به جایی که فشار کمتری است منتقل شوند.وقتی شما یک فنجان چای را هم می زنید برگ های چای شناور به جای لبه بیرونی در مرکز فنجان جمع می شوند
هنگامی که یک فنجان چای را به هم می زنیم ، نیرویی در مرکز ایجاد می کنیم که تمام ذرات را به سمت خود می کشد ، این دلیل اصلی جمع آوری برگ های چای در مرکز فنجان است تا لبه فنجان ، شبیه است در مورد گردباد که همه ذرات موجود در آن را به سمت خود ببرد.شما اگر معادله برنولی را از طریق خطوط ساده (نه در امتداد) بررسی کنید ، خواهید دید که ذرات با شعاع بزرگتر نسبت به ذرات با شعاع کوچک فشار ایستایی بالاتری دارند که در واقع حرکت را به سمت مرکز هدایت می کند:این دو فرمول ببینید همان برنولی که شما فرمودید
${P\over\rho} + \int {V^2\over R}dn + gz = {\rm const}$
$R \to {\rm small} \implies \int {V^2\over R}dn \to {\rm big} \implies P \to {\rm small}$
$R\to {\rm big} \implies \int {V^2\over R} dn \to {\rm small} \implies P \to {\rm big}$توضیح دیگر
نیروی کوریولیس ، که گردش جو را در اطراف مناطق با فشار بالا و پایین هدایت می کند ، نمونه خوبی از یک نیروی ساختگی است. اما این توضیح در مورد اثر برگ چای به نظرم جذاب نیست . اینمورد به فشار وارد می شود. با چرخش مایع در یک ظرف ، نیروی گریز از مرکز باعث افزایش فشار هیدرواستاتیک از مرکز به لبه خارجی می شود. در داخل لایه مرزی در سطح پایین ثابت اما سرعت زاویه ای سیال کاهش می یابد و نیروی گریز از مرکز برای مقابله با شیب فشار کافی نیست. با استفاده از این شیب فشار ، سیال به سمت داخل جریان می یابد ، سپس در مرکز به سمت بالا جریان می یابد ، و در نتیجه یک الگوی گردش ثانویه تورویی ایجاد می شود. برگهای چای برای سوار شدن همراه هستند ، اما با کاهش سرعت جریان ، سرعت بالا در مرکز برای بلند کردن برگها کافی نیست و آنها در یک مخروط شسته و رفته در مرکز سطح پایین جمع می شوند.خوب با تفکر در مورد سیستم بر اساس یک چارچوب مرجع چرخشی ، این توضیح را تغییر نمی دهد.
توضیح 2:
توضیح بهتر در مورد اثر "tealeaves" تفاوت بین نیروهای بیرونی در بالا و پایین جام است.
نیروها بدن در حال چرخش مایع را به سمت خارج و به طرف دیواره های فنجان ، در بالا و پایین فشار می دهند ، اما به دلیل اثرات اصطکاک با پایه فنجان ، مایع در پایین فنجان با سرعت کمتری می چرخد ​​و ضعیف تر به بیرون رانده می شود. بنابراین مایعات بالای جام "برنده" می شود. مایع به سمت خارج در بالای جام حرکت می کند ، در کنار دیواره ها به سمت پایین حرکت می کند و خود را در پایین لیوان فنجان به سمت داخل مجبور می کند ، در حالی که مایعی که در ابتدا در پایین بود به عنوان یک ستون در حال افزایش مایع در مرکز مجبور به داخل و بالا می شود جام. نوارهای چوبی در این جریان گرداب گرفتار شده و به مرکز فنجان کشیده می شوند ، اما جریان رو به بالا آنقدر قوی نیست که بتواند آنها را کاملاً بلند کند ، بنابراین به صورت توده ای در مرکز جمع می شوند.
توضیح 3:به نظرم توضیح خوبی هست
با این وجود ، در واقع ، تجزیه و تحلیل وضعیت از نظر نیروهای ساختگی ممکن است موثرترین راه برای درک آنچه واقعاً در جریان است باشد. یک فنجان چای بهم زده ، یک نمونه جذاب از نتیجه نیروی Coriolis ،هست . اگر چند برگ چای در فنجان وجود داشته باشد ، در انتها به صورت توده ای در وسط سطح پایین قرار می گیرند (و نه در امتداد لبه ، همانطور که انتظار می رود ، در نتیجه نیروی گریز از مرکز ساختگی). اگر تصور کنید که همزمان با مایعات هم زده به دور خود می چرخید ، به نظر می رسد بیشتر مایعات در حالت استراحت هستند در حالی که فنجان به دور شما می چرخد. آن جام چرخان مقداری مایع مجاور را به همراه خود می کشد. در همین حال ، نزدیک به پایین ، نیروی کوریولیس به آن مایع کشیده شده آن را به سمت مرکز فنجان هل می دهد و برگها را به همراه خود حمل می کند.
, توضیح 4 به نظرم کاملترین هستش
وقتی چای خود را با قاشق هم میزنید ، مشاهده میشه که برگ های چای در نهایت در مرکز فنجان متمرکز می شوند. واضح است که آنها بر خلاف نیروی گریز از مرکز هستند. چرا؟
هنگامی که چای را در فنجان خود به هم می زنید ، می خواهید به لایه های سیال حرکت چرخشی دهید اما لایه های در تماس با سطوح فنجان با سرعت صفر باقی می مانند. شیب سرعت به صورت شعاعی (چون کشش چسبناک بین لایه ها سرعت را کاهش می دهد) برگ ها را می گیرد اما در صورت عدم شتاب مرکز گریز ، نمی تواند مسیر دایره ای را حفظ کند و به آرامی در مرکز جمع می شود.
برای حرکت همراه با مایع ، آنها به نیروی گریز از مرکز نیاز دارند و توسط لایه های مایع تأمین نمی شود.
با این وجود وقتی فنجان را در مرکزصفحه چرخان گرامافون قرار می دهم ، برگ های چای به دنبال نیروی گریز از مرکز در لبه متمرکز می شوند.
هنگامی که در حال چرخاندن فنجان پر از چای و برگ روی یک صفحه چرخشی هست - به آرامی لایه های مایع سرعت را افزایش می دهند و سپس برگ های چای را می کشند تا همراه با لایه های مایع بچرخد اما سنگین تر از محیط مایع است ، برای نیروی گریز از مرکز مورد نیاز و دوباره به لبه جام برمی گردد ، جایی که می تواند با نیروی گریز از مرکز که توسط واکنش سطح ایجاد می شود بچرخد. این عمل سانتریفیوژ است.
هم زدن مایع باعث چرخش آن در اطراف فنجان می شود. برای حفظ این مسیر منحنی ، به یک نیروی گریز از مرکز به سمت مرکز نیاز است (شبیه کشش رشته در هنگام چرخاندن سطل روی سر). این امر توسط یک گرادیان فشار به سمت خارج (فشار بیشتر در خارج از داخل) انجام می شود.
با این حال ، در نزدیکی لبه های پایین و خارجی مایع توسط اصطکاک در برابر فنجان کاهش می یابد. در آنجا نیروی گریز از مرکز ساختگی (اینرسی) ضعیف تر است و نمی تواند بر شیب فشار غلبه کند ، بنابراین این اختلاف فشار برای جریان آب اهمیت بیشتری پیدا می کند. این یک لایه مرزی یا به طور خاص یک لایه Ekman نامیده می شود.
نیروی گریز از مرکز اینرسیا به دلیل چرخش فله مایع منجر به ایجاد یک گرادیان فشار خارج از مایع می شود ، جایی که فشار در امتداد لبه بیشتر از وسط است. این خود را به صورت تشکیل یک رابط مقعر-مایع هوا نشان می دهد. این گرادیان فشار هنگامی که روی کل مایع چرخان جمع شود ، نیروهای گریز از مرکز را برای حرکت دورانی فراهم می کند.
با این حال ، در لایه های مرزی که چرخش سیال با اصطکاک و اثرات چسبناک کند می شود ، نیروی مرکز گریز در اثر گرادیان فشار بر نیروهای اینرسی حاصل از چرخش غالب است و جریان ثانویه داخلی را در لایه مرزی ایجاد می کند. جریان در انتهای لیوان چای (جایی که مشاهده می شود برگهای چای جمع می شوند) همگرا شده و به سمت بالا به سطح جریان می یابد. با بالاتر رفتن ، جریان مایع با سطح روبرو می شود و به بیرون جریان می یابد. برگها خیلی سنگین هستند که به طرف بالا بلند نمی شوند و در وسط می مانند. همراه با جریان چرخشی اولیه ، مشاهده می شود که برگها به صورت مارپیچ به طرف پایین لیوان فنجان قرار دارند. امیدوارم بتوانم کمک کنم و مورد قبول خوانندگان باشهi hope i helped roham hesami smile260 smile261
تصویر

ارسال پست