Какая бутылка скатится быстрее с водой или льдом
2018-03-10 
С наклонной плоскости скатываются две бутылки: одна — пустая, другая — заполненная водой. Какая из них скатится быстрее? Какая из этих бутылок поднимется на большую высоту, если их пустить вверх по наклонной плоскости с одинаковыми начальными скоростями? Считать, что проскальзывания нет.
Нестрогий, качественный ответ на первый вопрос можно дать сразу. При скатывании пустой бутылки ее потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию как поступательного, (гак и вращательного движения. Если внутри бутылки имеется вода, то она, благодаря малой вязкости, во вращении практически не участвует. В результате во втором случае большая часть начальной потенциальной энергии переходит в кинетическую энергию поступательного движения, и бутылка с водой скатится быстрее пустой бутылки.
Теперь приведем более строгое решение. Найдем, чему равна кинетическая энергия пустой бутылки массой $m$, которая катится по горизонтальной поверхности без проскальзывания со скоростью $v$. Для простоты заменим бутылку пустотелым цилиндром и будем считать, что вся его масса сосредоточена в тонких стенках.
Все точки цилиндра участвуют в сложном движении: это поступательное движение со скоростью центра масс $\vec
Рассмотрим небольшой участок «обода» массой $\Delta m_$. Его скорость складывается из скорости $\vec
где угол $\alpha_$ для разных участков принимает значения от 0 до $2 \pi$. Полная кинетическая энергия цилиндра складывается из кинетических энергий всех его участков:
(здесь мы учли, что для всех участков $v_ = v$, а $\cos \alpha_$ принимает все возможные значения — и положительные, и отрицательные, так что $\sum_ \cos \alpha_ = 0$).
Если наш цилиндр скатывается по наклонной плоскости, то, спустившись с высоты $h$, он приобретет скорость $v$, которую можно найти из закона сохранения энергии:
Отсюда видно, что эта скорость в $\sqrt<2>$ раз меньше скорости для случая скатывания без вращения. Это связано с тем; что потенциальная энергия цилиндра переходит в кинетическую энергию как поступательного движения, так и вращательного.
Когда внутри цилиндра находится вода (наш случай бутылки с водой), которая из-за незначительной вязкости во вращение практически не вовлекается, полная кинетическая энергия равномерно катящегося цилиндра массой $m$, заполненного водой массой $M$, будет равна
$E_ <к>= mv^ <2>+ \frac
После спуска с высоты $h$ по наклонной плоскости такой цилиндр за счет потенциальной энергии $(m + M)gh$ приобретет кинетическую энергию $\left ( m + \frac
Сравнивая выражения (1) и (2), видим, что во втором случае] скорость оказывается больше. Это означает, что на любом участке! спуска с наклонной плоскости скорость бутылки с водой будет! больше скорости пустой бутылки. Поэтому полная бутылка и скатится быстрее пустой.
Второй вопрос задачи — это, по существу, по-другому сформулированный первый. Мысленно обратим движение в первом случае и сразу приходим к выводу, что пустая бутылка, имея меньшую начальную скорость, чем полная, закатится на ту же высоту. А тогда, если начальные скорости обеих бутылок будут одинаковыми, пустая бутылка поднимется выше полной.
Источник
Физики разобрались в трюке с бутылкой воды
P. J. Dekker et al./ arXiv, 2017
Физики из Нидерландов рассчитали оптимальные условия для популярного трюка с подбрасыванием бутылки, частично наполненной водой. В опубликованном на arXiv.org препринте статьи ученые пишут, что наиболее устойчивое вертикальное положение после приземления будут принимать бутылки, заполненные водой примерно на 30 процентов, что хорошо согласуется с эмпирическими данными.
В мае 2016 года американский подросток Майкл Сенаторе выложил на YouTube видео, на котором он выполняет трюк по переворачиванию бутылки с водой (англ. water bottle flipping challenge). Суть трюка заключается в том, чтобы пластиковую бутылку, не полностью заполненную водой, нужно подбросить таким образом, чтобы совершив в воздухе один оборот, она приземлилась на дно и осталась стоять. Из-за популярности челленджа динамику крутящейся бутылки вскоре описали на качественном уровне, определив, что в первую очередь она определяется угловым ускорением, и смещением центра тяжести жидкости во время полета. Поэтому вероятность успешного выполнения трюка зависит от количества жидкости в бутылке, ее формы и начальной скорости вращения. Однако несмотря на качественное описание, никаких количественных теоретических оценок для определения оптимальных параметров при подбрасывании бутылки с водой сделано не было.
Группа физиков из Нидерландов под руководством Альваро Марина (Alvaro Marin) из Университета Твенте предложила физическую модель для описания полета бутылки с водой и определила диапазон параметров, в котором возможно приземлить бутылку в устойчивое положение. Сначала ученые экспериментально измерили траектории пластиковых бутылок высотой от 23 до 25 сантиметров, заполненные водой примерно на 40 процентов. Для сравнения также использовались две другие системы: бутылка, в которой жидкость «заморожена» (то есть не перемещается в полете), и цилиндрическая бутылка, в которую помещены два упругих теннисных мячика.
Последовательные кадры полета бутылки с жидкой водой (сверху) и цилиндра с двумя теннисными мячами (снизу), успешно приземлившихся на дно
Источник
Какая бутылка скатится с горки быстрее — с водой или с песком?
Одну бутылку наполнили водой, а другую такую же — песком. Какая из них быстрее скатится с горки и почему?
Берём закон сохранения энергии. Вначале у бутылок была одна и та же потенциальная энергия. В конце спуска у бутылки с водой — кинетическая энергия поступательного движения плюс кинетическая энергия вращения бутылки, у бутылки с песком — кроме этого, кинетическая энергия вращения песка. Получается, что энергия поступательного движения бутылки с песком — меньше. А это значит, к концу спуска она приобретёт меньшую скорость. Значит, и всё время спуска её скорость была меньше. Значит, быстрее скатится бутылка с водой.
Сначала упростим систему, возьмем 2 жестких цилиндра с разной массой, но с одинаковым диаметром. При движении под воздействием силы тяжести по наклонной ровной поверхности на цилиндры действуют следующие силы — проекция mg на наклонную поверхность минус сила трения ( проекция mg на нормаль умн. на коэффициент трения).И еще одна сила — проекция mg на нормаль умноженная на радиус цилиндра — момент импульса. Теперь, возникает две возможности: скатывания и сползания. Если коэфф. трения мал ( к примеру лед), а масса цилиндра велика, то скорее всего, будет преобладать поступательное движение с элементами вращения. Если вращательное — угловая скорость равна моменту импульса деленному на момент инерции. Таким образом оба цилиндра в идеальном случае раскрутятся одинаково ( если я не сделал ошибку в сокращениях).Скатятся и сползут одинаково, а вообще то все зависит от коэфф. трения, при малом преимущество у цилиндра с песком.
По идее та, которая с песком, т.к. в бутылке с водой возникнет внутреннее вращательное движение жидкости, которое за счет трения будет переводить небольшую часть кинетической энергии вращения бутылки в тепловые потери — бутылка будет слегка тормозиться, а жидкость немного нагреваться.
А мое мнение что бутылка с песком скатится быстрей так как ее масса больше чем масса бутылки с водой (примерно в полтора раза). помимо того у бутылки с песком более упругая деформация чем с водой т.е. потерь энергии на деформацию будет меньше, а с учетом того что есть еще аэродинамика (точнее сопротивление воздуха), то более тяжелая будет меньше тормозиться воздухом.
Однозначно неполная бутылка с водой будет скатываться быстрее, чем бутылка с песком, так как песок будет пересыпаться и притормаживать.
А полная бутылка быстрее скатится с песком, чем с водой, получится наоборот, бутылка с песком, если плотно набита будет как бы одним целым и по тяжести тяжелее, чем бутылка с водой, а вот с водой бутылка во время вращения будет притормаживать, так как вода в ней будет перемещаться.
Разница температур, по-моему. Если горячая кружка, то, соприкасаясь с поверхностью стола, (теплая поверхность соединяется с холодной) возникают капельки воды, которые не могут быстро высохнуть, так как замкнутое пространство и нет доступа воздуха.
Самый быстрый способ охладить бутылку с жидкостью и сделать это очень быстро — использовать углекислотный огнетушитель. Как это делается показывали в передаче «Разрушители мифов». Там они охлаждали пиво. Берется пиво в банках, ставится в ведро, туда направляется раструб углекислотного огнетушителя и открывается клапан. Для частого применения вряд ли подойдет, но разово использовать можно. В передаче удалось охладить пиво до 7 градусов за 30 секунд (плюс минус километр).
Смотря как вы будете везти. Если вы зальете ее внутрь, то сколько в вас влезет столько вы и перевезете. А если вы хотите ее распить потом у себя на родине, или на оборот, куда то везете. то смотря в какую страну. Обычно не больше чем две пол литровых бутылки. Но думаю что просто угостить друзей или родню вам вполне достаточно будет.
Я проделывал этот фокус более тридцати лет назад. Ностальгия накатила, даже повторить захотелось. Но не смог найти стеклянную бутылку, засилье пластика… И с гвоздями проблема, только саморезы в обиходе остались…
Ладно, придётся Вам на слово мне поверить. Ну или можете проверить, если есть гвоздь и бутылка. Итак, наливайте в бутылку воду. Чуть больше половины. Прислоните бутылку к надёжной опоре (стена, дерево). И начинайте «вбивать» гвоздь в бутылку на границе воды и воздуха. Вернее даже не вбивать, а аккуратно откалывать гвоздём мелкие кусочки стекла до тех пор пока не проделаете в бутылке сквозное отверстие. Повторяете это операцию с обратной стороны бутылки. И всё – можно прибивать бутылку к стене через готовые отверстия 🙂
С первой попытки может не получиться, всё таки это стекло.
Пошерстил также интернет на тему гвоздей и бутылок и нашёл не менее интересный способ продырявить бутылку при помощи двух гвоздей. Смотрите на видео.
Штопором пластмассовую пробку не вынуть, только продырявите.
Нож нужен достаточно тяжелый. Предварительно надо потренироваться на пустых бутылках.
Взять бутылку в левую руку (если вы правша), нож в правую острием от себя. Острием ударить по горлышку в то место где крепилась проволока. Удар должен быть сильный и направлен вдоль оси бутылки от дна к горлышку. При достаточном ударе горлышко с пробкой скалывается ровно, без осколков.
Или тупо расковырять пластмассовую пробку. 🙂
Источник
Экспериментальная деятельность детей. Опыт «Изменение объёма воды при замерзании»
Марина
Экспериментальная деятельность детей. Опыт «Изменение объёма воды при замерзании»
Цели:
— доказать, что при замерзании объём воды изменяется;
— продолжать знакомить детей с различными агрегатными состояниями воды;
— продолжать развивать у детей познавательный интерес к экспериментальной деятельности;
— учить устанавливать не сложные связи, отношения между ними и закономерности, такие, как различное состояние воды и переход одного состояния в другое;
— развивать у детей способность сравнивать, делать выводы.
Материал для проведения опыта – эксперимента:
— обычная водопроводная вода.
Описание опыта – эксперимента.
Вспоминаем с ребятами об уже знакомых свойствах воды.
Рассказываю ребятам о том, что вода в природе может находиться в трёх состояниях: летом в водоёмах вода жидкая, вода в твёрдом состоянии – это лёд, снег, а газообразное состояние воды – это водяные пары, которые всегда есть в воздухе.
Проблемная задача – вопрос к ребятам: «Какие изменения происходят с водой при замерзании?»
Ребята рассуждают, высказывают своё мнение.
Предлагаю ребятам опыт – эксперимент, который поможет подтвердить или опровергнуть их высказывания.
В экспериментальной деятельности ребята всегда принимают самое активное участие.
1. Ребята аккуратно наливают воду в стеклянную баночку и в пластиковую бутылочку и устанавливают в пластиковый контейнер.
2. Выносим контейнер с сосудами, наполненными водой на участок группы.
В этом году зима преподносит нам сюрпризы – сильного мороза мы так и не дождались.
А ребятам было так интересно посмотреть, что же произойдёт с водой. Каждую прогулку они проверяли контейнер с сосудами. Так продолжалось 3 недели!
Я решила, чтобы ребята не разочаровались, и у них не пропал интерес к экспериментальной деятельности, заморозить воду в морозильной камере и поменяла сосуды с водой – и это того стоило! Ребята даже не заметили подмены!
Как же обрадовались ребята, когда однажды на прогулке обнаружили, что вода в сосудах, наконец – то замёрзла!
Напомнила ребятам о Правилах безопасности, обратив их внимание на осколки стеклянной банки в контейнере.
Аккуратно выставила из контейнера пластиковую бутылочку с замёрзшей водой и остатки стеклянной баночки со льдом.
Перед ребятами стояла задача – объяснить, почему стеклянная баночка раскололась, и с наружи оказалась льдина, напоминающая форму баночки. А вот пластмассовая бутылочка не лопнула, хотя слегка деформировалась и потеряла устойчивость.
Ребята высказывают свои догадки и предположения, стараясь дать им объяснения.
Кто – то из ребят высказал предположение, что может быть, вода в пластмассовой бутылочке не совсем замёрзла! И сейчас же проверяют – откручивают крышку и переворачивают бутылочку горлышком вниз.
Каждый из ребят смог убедиться в том, что вода в бутылочке замёрла, превратившись в лёд, и не вытекает из бутылочки.
Прогулка закончилась, мы возвращаемся в группу и с собой берём весь экспериментальный материал.
Через некоторое время ребята отмечают, что в помещении от тепла лёд в бутылочке и льдина из баночки начали таять.
Вывод.
Объём воды при замерзании изменяется. Частички воды расширяются, возникает большое напряжение, которое давит на стенки банки и хрупкое стекло не выдерживает – оно раскалывается.
А вот пластик, из которого сделана бутылочка – эластичный, он слегка растягивается и не даёт льду разорвать стенки пластмассовой бутылочки.
При температуре 0 градусов лёд тает, превращаясь в воду.
Всем коллегам большое спасибо за внимание и поддержку!
Экспериментальная деятельность детей. Опыт-фокус «Липкий стакан» Дети по своей природе – любознательны, им хочется обо всём узнать! Интересные занимательные эксперименты помогают удовлетворить детское.
Экспериментальная деятельность детей. Опыт-фокус «Шарик на спице» Цели: — вызвать у детей удивление, которое в свою очередь рождает интерес к окружающему – желание узнавать, экспериментировать; — развивать.
Экспериментальная деятельность детей. Опыт «Исследование давления воздуха» Цели: — развивать у детей любознательность и интерес к исследовательской деятельности; — исследование давления воздуха; — развивать.
Опыт «Исследуем влагостойкость бумаги». Экспериментальная деятельность детей Цели: — формировать у детей интерес к исследовательской деятельности; — закрепление и обобщение знаний о различных свойствах бумаги;.
«Свойства воды и песка». Опытно-экспериментальная деятельность детей средней группы Опыт 1. «Вода жидкая, поэтому может разливаться из сосуда». Посадить за стол кукол. Ребята, на улице жарко, куклы захотели пить. Сейчас.
Экспериментальная деятельность детей. Опыт-фокус «Дырявый пакет» Цели: — поддерживать у детей интерес к экспериментальной деятельности; — доставить детям радость; — учить выражать свои положительные.
Экспериментальная деятельность детей. Опыт «Почему шарик надулся?» Цели: — продолжать формировать у детей интерес к экспериментальной деятельности; — показать детям, как различные состояния веществ могут.
Экспериментальная деятельность детей. Опыт «Шарик-магнит» Цели: — продолжать формировать у детей познавательный интерес; — развивать у детей наблюдательность и мыслительную деятельность во время.
Экспериментальная деятельность детей. Опыт со стаканом Цели: — удивить детей, вызвать интерес к происходящему; — формировать желание экспериментировать и узнавать; — подводить к самостоятельным.
Экспериментальная деятельность детей. Опыт «Тёплый воздух надувает шарик» Цели: — формировать у детей интерес к исследовательской деятельности; — закреплять и обобщать знания о свойствах воздуха; — развивать.
Источник
