Die Faszination der Physik

Wer schafft es (ohne KI zu fragen) 

Smile von mir.
umwelt-wissenschaft.de/forum/private-pla...physik?start=0#14685

Grüß dich Mondlicht (gerad Vollmond hier)

Da braucht es keine KI sondern einen trivialen Vibrator. Dann kann man sich die Fummelei sparen und die Mutter dreht sich von selbst raus. Zumindest solange man die Schraube gen Boden ausrichtet... während man man das Rohr vibriert. (die Äusserungen geben nicht unbedingt die Einstellungen des Verfassers wieder)

HGZ.. hihi

Stein auf Stein, lieber "Zetti"? (Wenn ich das sagen darf?)
Oder mit Photoshop?

Und du lieber Rainer, mir ging es auch so, obwohl natürlich klar war, das die Mutter von der Schraube muss... Ich denke, derlei "Rätsel" muss man in der Hand haben, drehen und wenden, dann "stolpert" man sicher eher über die Funktion der Kugel, die ich beim Video-sehen gar nicht richtig wahrnahm, sorry, war wohl nichts.

Und ihr lieben Rechenkünstler macht euer Ding gut, ich habe keine Zeit, also bis dann,

Mondlicht

Also..... Mondlicht.

Stein auf Stein naturellement....  im Schnitt 2.6 Mio Steinchen mit ca. 6 Mio Tönnchen. 
Von der Präzision ganz zu Schweigen, die bei ca. 230 m Seitenlängen im max 51 mm abweichen.

Aber nochmal, falls nicht rübergekommen, brauchst die Kugel nicht, es reicht das Holzrohr zu vibrieren sodass sich die Mutter löst, wie beschrieben, ob mit oder ohne Vibrator. 

HGZ.
 

Was neues zum Wasser... frozen dynamics




Grüße Z.

Mondlicht2 schrieb:

Wer schafft es (ohne KI zu fragen) 

Wer ein bißchen fummeln will, sollte das Video nach der Hälfte anhalten (die Auflösung wird gezeigt)

  www.youtube.com/shorts/DDGq6dK-aOk?feature=share
 

Die gezeigte Lösung viel mir als erstes ein. Bin ich jetzt hochbegabt? Ist wohl relativ.
Lehrer zu den Eltern: "Nein, ihr Kind ist nicht hochbegabt. Sie sind nur beide sehr dumm." 
 

Z. schrieb:

Was neues zum Wasser... frozen dynamics

Im Gegensatz zu den üblichen Wirbeln, ist dies hier absolut nicht chaotisch.
Das liegt aber daran, dass er die Mündung nicht berührt. Dort würden kleinste Änderungen große Unterschiede verursachen.

Hi Rainer...

Das liegt aber daran, dass er die Mündung nicht berührt. Dort würden kleinste Änderungen große Unterschiede verursachen.

Na ja der Finger ist weicher als das Mündungseisen, vlt Hautfett, aber das glaube ich weniger...Ich denke, dass sich, zumindest nach kuzer Zeit, der gleiche Effekt wieder einstellt, solange die Umgebungsvariablen stabil.

Kannst du bitte genauer erklären worauf du hinaus willst.
Z.

Z. schrieb:

vlt Hautfett,

Ja an sowas dachte ich, aber auch die Benetzung der Öffnung kann sich ändern und den Strahl anders formen. Man sieht, dass das Wasser in zwei Strömen zusammenläuft, vlt ist das auch so "konstruiert".

Denke eher das es die Flußgeschwindigkeit und in dem Falle drüber noch zusätzlich die Temperatur des Wassers, sprich Viskosität, ist. Glaube weniger, dass das so konstruiert ist, da es sich anscheinend um einen Naturbrunnen handelt der mal mehr und mal weniger Wasser führt. Im Winter läuft vlt weniger und es ist Kalt.... Ich schau mal nach wie sich das berechnen liesse.

GZ.

 

Z. schrieb:

Ich schau mal nach wie sich das berechnen liesse.

Das ist eine Frage von Oberflächenspannung und Kohäsion.
Im Hahn existieren jedenfalls bereits zwei Strömungen, die sich nur noch umeinander winden, ohne sich nennenswert zu mischen.

Moin Rainer

habe recherchiert und es mir von der KI formulieren lassen. da es mir ansonsten zuviel wäre hier alles ordentlich aufzuführen. Siehe obiges Video wo das Wasser so unbeweglich aussieht als wäre es aus Glas gegossen oder eben scheinbar eingefroren. Dieses optische Phänomen nennt man in der Physik eine laminare Strömung. Das Wort "laminar“ leitet sich vom lateinischen "lamina“ (Schicht) ab. Der Strahl in dem geteilten Video sieht deshalb so starr wie eine Skulptur aus, weil sich die einzelnen Wasserschichten (nicht W-Strahlen) vollkommen geordnet, parallel und mit konstanter Geschwindigkeit nebeneinanderher bewegen.

Es gibt keine Querströmungen, keine winzigen Wirbel und keine unruhigen Schwankungen, die das Licht brechen oder die Oberfläche flackern lassen. Da jedes Teilchen exakt der Spur seines Vordermanns folgt, bleibt die äußere Form des Strahls völlig ruhig, obwohl das Wasser fließt.

Das Phänomen des "eingefrorenen Wasserstrahls“ 
Wie berechnet man eine laminare Strömung?

1. Die mathematische Berechnung
Ob eine Strömung laminar (schichtweise geordnet) oder turbulent (ungeordnet, mit Wirbeln) verläuft, entscheidet in der Strömungsmechanik eine einzige dimensionslose Kennzahl: die Reynolds-Zahl (Re).

Für eine klassische Strömung durch ein geschlossenes Rohr oder beim Austritt aus einer runden Düse gelten folgende Richtwerte:

• Re < 2300: Die Strömung ist stabil und laminar (der Strahl wirkt eingefroren).
• 2300 ≤ Re ≤ 4000: Instabiler Übergangsbereich (der Strahl fängt an zu flackern).
• Re > 4000: Die Strömung schlägt in den turbulenten Zustand um (der Strahl bricht ungeordnet auf).

Die Grundformel zur Bestimmung dieser Kennzahl lautet:
Re = (ρ * v * d) / η
Wenn man statt der dynamischen Viskosität die kinematische Viskosität (ν) nutzt, vereinfacht sich die Gleichung zu:
Re = (v * d) / ν

2. Die vier entscheidenden makroskopischen Faktoren
Für die mathematische Berechnung der Reynolds-Zahl sind genau vier physikalische Variablen erforderlich:

• Strömungsgeschwindigkeit (v): Die mittlere Geschwindigkeit des Mediums im Rohrquerschnitt, angegeben in Metern pro Sekunde (m/s). Niedrige Geschwindigkeiten begünstigen den laminaren, „eingefrorenen“ Zustand.
• Innendurchmesser (d): Die charakteristische Länge oder der Durchmesser der Austrittsdüse in Metern (m). Je kleiner die Düse, desto eher bleibt die Strömung laminar.
• Dichte des Fluids (ρ): Die Masse des Mediums pro Volumeneinheit, gemessen in Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m³). Sie repräsentiert die Massenträgheit.
• Viskosität des Fluids: Das Maß für die Zähflüssigkeit. Man unterscheidet die dynamische Viskosität (η) in Pascal-Sekunden (Pa·s) und die kinematische Viskosität (ν) in Quadratmetern pro Sekunde (m²/s). Sie wirkt als innere Reibung und dämpft Störungen wie ein Stoßdämpfer ab.
  
  3. Umgebungsvariablen und versteckte Faktoren
  Ein extrem wichtiger Aspekt, der in der Formel nicht als explizite Variable auftaucht, ist die Temperatur. Sie ist die entscheidende Umgebungsvariable im Hintergrund, da sie die Dichte (ρ) und vor allem die Viskosität (η) eines Fluids drastisch verändert:
• Wenn Wasser wärmer wird, sinkt seine Viskosität massiv, es wird spürbar dünnflüssiger.
• Da eine geringere Viskosität im Nenner der Formel steht, treibt sie die Reynolds-Zahl bei gleicher Geschwindigkeit nach oben.
  Das bedeutet in der Praxis, dass warmes Wasser viel schneller turbulent wird als kaltes Wasser. Um den "eingefrorenen“ Strahl aus dem Video zu reproduzieren, ist kaltes Wasser aufgrund seiner höheren Zähigkeit physikalisch deutlich besser geeignet.

4. Die Rolle von Kohäsion und Oberflächenspannung
Welchen Anteil haben molekulare Kräfte wie Kohäsion und Oberflächenspannung und braucht man diese zur Berechnung. 

• Kohäsion (Innere Bindungskraft): Sie ist die atomare Anziehungskraft zwischen gleichartigen Molekülen innerhalb des Fluids (z. B. die Wasserstoffbrückenbindungen im Wasser). Die Kohäsion ist die direkte Ursache für das Entstehen der Viskosität. Starke Kohäsionskräfte verhindern das leichte Aneinandervorbeigleiten der Moleküle und stabilisieren so die parallelen Schichten gegen Verwirbelungen.
• Oberflächenspannung (Grenzflächenkraft): Sie resultiert aus der Asymmetrie der Kohäsionskräfte an der Oberfläche zur Luft. Bei vollständig gefüllten, geschlossenen Rohren hat sie keinerlei Anteil am Strömungsverhalten. Bei unserem freien, offenen Wasserstrahl wirkt sie jedoch wie eine extrem dünne, elastische Haut. Sie glättet die Oberfläche spiegelblank und verhindert, dass der laminare Strahl vorzeitig durch Luftwiderstand in turbulente Tröpfchen zerrissen wird.

Sind diese beiden Faktoren für die Berechnung nötig?
Nein. Weder Kohäsion noch Oberflächenspannung werden als eigenständige Variablen in den Reynolds-Gleichungen benötigt. Die Wirkung der Kohäsion ist bereits vollständig in der messbaren makroskopischen Viskosität (η) enthalten. Die Oberflächenspannung fließt in die klassische Reynolds-Rohrberechnung nicht ein. Für die Ermittlung und Überprüfung einer laminaren Strömung reichen die vier Standardvariablen (Geschwindigkeit, Durchmesser, Dichte und Viskosität) aus.

Beste Grüße Z.

Z. schrieb:

Die Wirkung der Kohäsion ist bereits vollständig in der messbaren makroskopischen Viskosität (η) enthalten.

Na also doch:
Viskosität oder Kohäsion ist dasselbe Paar Schuhe.

Z. schrieb:

Die Oberflächenspannung fließt in die klassische Reynolds-Rohrberechnung nicht ein.

Das mag sein, allerdings haben wir in unserem Fall überhaupt kein Rohr.
Es ist schade, dass die KI häufig nicht von eins bis zwei beim selben Thema bleiben kann.

Hallo Rainer,
vielen Dank für deine Rückmeldung! Du hast natürlich recht: Ein freier Strahl verhält sich anders als die Strömung im geschlossenen Rohr. Bei unserem Aufbau haben wir allerdings beides, und die Physik teilt sich perfekt in zwei Phasen auf. Es handelt sich hierbei um ein einzelnes Rohr:

1. Phase 1 (Im Rohr – Reynolds-Zahl / Viskosität): Das Rohr dient als Beruhigungsstrecke. Das Wasser muss so langsam fließen, dass Re < 2300 bleibt, damit es perfekt laminar geschichtet an der Mündung ankommt.
2. Phase 2 (Der freie Fall über ca. 50 cm – Weber-Zahl / Oberflächenspannung): Sobald das Wasser aus dem einzelnen Rohr austritt, fällt die Rohrwand weg und die Weber-Zahl (We) übernimmt das Kommando gegen die Luftreibung. Durch die Gravitation beschleunigt das Wasser und der Strahl verjüngt sich, bis die Rayleigh-Plateau-Instabilität einsetzt und die Oberflächenspannung den dünnen Strahl in Tropfen zerreißt.

Dass der Strahl im Verlauf wie zwei verbundene Stränge aussieht, liegt sehr wahrscheinlich an einem Zusammenspiel zweier Faktoren: Die Geometrie der Rohröffnung prägt die Strömungsform beim Austritt maßgeblich und bestimmt, wie die Oberflächenspannung – und damit die Weber-Zahl – den Strahl formt. Gleichzeitig wirkt das glatte Wasser wie eine zylindrische Linse, was durch die extreme Lichtbrechung an den Außenkanten diesen optischen Eindruck von zwei Strängen massiv verstärkt.

Die angestrebte Berechnung betreff: Die Kohäsionskraft ist eine stoffspezifische Konstante des Wassers.
In der Praxis entscheiden daher unter konstanten Umgebungsbedingungen nur noch zwei Variablen über den Effekt: die Temperatur und die Fließgeschwindigkeit.

Die Temperatur fungiert dabei als fundamentaler Türöffner, da sie die Viskosität und die Oberflächenspannung steuert. Sehr kaltes Wasser ist der Idealzustand: Es maximiert die Zähigkeit im Rohr und die Stärke der Außenhaut an der Luft. Wird das Wasser zu warm (ab ca. 25 °C bis 30 °C), bricht die Viskosität ein und das Wasser verlässt das Rohr bereits turbulent. In diesem Fall ist die Weber-Zahl hinfällig – wo keine Ordnung entsteht, gibt es an der Luft auch nichts mehr zu stabilisieren.

Ist die thermische Basis durch kaltes Wasser gegeben, ist die Fließgeschwindigkeit der danach entscheidende Regler: Sie muss präzise in einem moderaten Fenster liegen – schnell genug, um einen kontinuierlichen Strahl zu bilden, aber langsam genug, damit sowohl Re im Rohr als auch We in der Luft unter ihren kritischen Grenzwerten bleiben.

Die Kohäsion teilt sich makroskopisch in die Viskosität (für das Rohr/Re) und die Oberflächenspannung (für die Luft/We) auf. Sie regeln also zwei völlig verschiedene Abschnitte.

Vor der Weber-Zahl sind demgemäß folgende Faktoren entscheidend:

• Geometrie der Rohröffnung
• Rauheit der Rohrinnenwand
• Länge der Beruhigungsstrecke
• Konstanz des Zuflussdrucks
• Vibrationsfreiheit des Systems
• Reynolds-Zahl (Re)
• Dynamische Viskosität
• Wassertemperatur
• Fließgeschwindigkeit im Rohr

Beste Grüße,
Z.