Antrieb basiert auf dem Phänomen der Oberflächenspannung der Flüssigkeit. Zeichnung, Beschreibung

MODELLIEREN
Kostenlose Bibliothek / Verzeichnis / Modellierung

Antrieb basierend auf dem Phänomen der Oberflächenspannung der Flüssigkeit. Tipps für einen Modellbauer

Modellierung

Das Phänomen der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten ist seit langem bekannt und mit der Erfindung eines neuen Materials – Nanozellulose – wurde es möglich, ein interessantes Antriebsgerät für ein Spielzeugbootmodell zu entwickeln.

In der Ausgabe 24 von 2012 der Zeitschrift „Chemical Science“ wurde ein Artikel veröffentlicht, der ein Modell eines Bootes beschreibt, das durch die Verdunstung eines Tensids angetrieben wird. Als Substanz wird Alkohol verwendet, dessen chemische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird, diese Energie setzt das Bootsmodell in Bewegung. Beim Verdampfen dringt der Alkohol in die Membran (flüssigkeitsdichter Bootsrumpf aus Nanozellulose) ein, was zu einer Verringerung der Oberflächenspannung des Wassers im Heck führt. Aufgrund der unterschiedlichen Oberflächenspannung des Wassers vor und hinter dem Boot bewegt es sich vorwärts.

Eine Änderung der Oberflächenspannung von Wasser bringt das Boot in Bewegung (zum Vergrößern anklicken)

Es ist interessant festzustellen, dass ein ähnlicher Beweger in dem Buch „Entertaining Experiments in Physics“ (L.A. Gorev, 1985) beschrieben wurde.

Schneiden Sie einen Teller aus Pappe aus, dessen Form in der Abbildung dargestellt ist, und senken Sie ihn auf die Wasseroberfläche, die in ein ausreichend großes Glasbad gegossen wird, beispielsweise 35 cm Durchmesser und 10 cm Höhe. Platzieren Sie einen Kampfer Kristall auf dem Wasser in der Mitte des Pappausschnitts. Die Platte bewegt sich lange. Warum?

Antrieb basierend auf dem Phänomen der Flüssigkeitsoberflächenspannung
Boot mit Kampfermotor

Eine ähnliche Beschreibung eines ähnlichen Bewegers findet sich im Physiklehrbuch (Allgemeiner Kurs der Physik. Thermodynamik und Molekularphysik. Bd. II. D.V. Sivukhin. M., Nauka, 1990):

Viele Phänomene werden dadurch erklärt, dass die Oberflächenspannung verschiedener Flüssigkeiten nicht gleich ist. Nehmen Sie zum Beispiel ein kleines Modellboot aus Blech, in dessen Heck ein kleines Loch gebohrt ist. Gießen wir etwas Äther in das Boot, sodass die freie Oberfläche des Äthers etwas höher ist als das Loch. Anschließend lassen Sie das Boot auf der Wasseroberfläche schwimmen. Dann beginnt er, sich vorwärts zu bewegen, also in Richtung vom Heck zum Bug. Das Phänomen wird dadurch erklärt, dass die Oberflächenspannung von Äther geringer ist als die Oberflächenspannung von Wasser. Der durch das Loch im Heck sickernde Äther bedeckt mit einer dünnen Schicht die Wasseroberfläche hinter dem Boot. Die Oberflächenspannung des Äthers zieht das Boot zurück. Allerdings ist diese Kraft geringer als die Oberflächenspannung des Wassers, die es nach vorne zieht. Die Resultierende dieser beiden Kräfte wird nach vorne gerichtet und setzt das Boot in Bewegung.

Das gleiche Phänomen wird beobachtet, wenn kleine Kampferstücke auf die Oberfläche von reinem Wasser geworfen werden. Kampfer löst sich langsam in Wasser auf und verringert seine Oberflächenspannung. Die Auflösungsgeschwindigkeit an verschiedenen Stellen eines Kampferstücks ist nicht gleich und hängt von seiner Form ab. Es befindet sich eher in der Nähe der hervorstehenden scharfen Enden des Stücks. Dadurch entsteht ein Unterschied in der Oberflächenspannung, der ein Stück Kampfer in eine zufällige und intensive Rotations- und Translationsbewegung versetzt. Das Phänomen wird nur beobachtet, wenn die Wasseroberfläche ausreichend sauber ist. Eine dünne Fettschicht verringert die Oberflächenspannung des Wassers so stark, dass die Auflösung von Kampfer diese nicht mehr weiter reduzieren kann. Laut Rayleigh stoppt die Bewegung von Kampfer, wenn die Dicke der Ölschicht auf der Wasseroberfläche 2 * 10-7 cm erreicht. In diesem Fall ist die Oberflächenspannung von Wasser 28 % geringer als bei einer sauberen Wasseroberfläche. Eine Ölschicht mit einer Dicke von 1 * 10-7 cm und darunter hat laut Rayleigh praktisch keinen Einfluss auf die Oberflächenspannung von Wasser.

Und eine weitere Beschreibung des Bewegers basierend auf der Oberflächenspannung der Flüssigkeit wurde in der Zeitschrift „Kvant“, 1982, Nr. 11, veröffentlicht.

Eine sich bewegende "Rakete" und divergierende Ringe.

Schneiden Sie eine „Rakete“ aus Papier in der in Abbildung 1 gezeigten Form aus. Geben Sie an Punkt A einen Tropfen konzentrierte Seifenlösung oder ein kleines Stück Seife. Wenn Sie die Rakete nun auf eine ruhige Wasseroberfläche absenken, dann beginnt sie sich zu bewegen.

Antrieb basierend auf dem Phänomen der Flüssigkeitsoberflächenspannung
Rakete und Spinner

Anstelle einer „Rakete“ können Sie auch ein Windrad in Form des Buchstabens S herstellen und Seifenstücke an den Punkten A und A' platzieren (Abb. 1, b). Beobachten Sie, in welche Richtung sich der Spinner dreht.

Wir empfehlen interessante Artikel Abschnitt Modellierung:

▪ Hochgeschwindigkeitskabel Modellklasse A-1

▪ Kronengastank

▪ LPG-Mikromotor

Siehe andere Artikel Abschnitt Modellierung.

Lesen und Schreiben nützlich Kommentare zu diesem Artikel.

<< Zurück

Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:

Maschine zum Ausdünnen von Blumen im Garten 02.05.2024

In der modernen Landwirtschaft entwickelt sich der technologische Fortschritt mit dem Ziel, die Effizienz der Pflanzenpflegeprozesse zu steigern. In Italien wurde die innovative Blumenausdünnungsmaschine Florix vorgestellt, die die Erntephase optimieren soll. Dieses Gerät ist mit beweglichen Armen ausgestattet, wodurch es leicht an die Bedürfnisse des Gartens angepasst werden kann. Der Bediener kann die Geschwindigkeit der dünnen Drähte anpassen, indem er sie von der Traktorkabine aus mit einem Joystick steuert. Dieser Ansatz erhöht die Effizienz des Blütenausdünnungsprozesses erheblich und bietet die Möglichkeit einer individuellen Anpassung an die spezifischen Bedingungen des Gartens sowie die Vielfalt und Art der darin angebauten Früchte. Nachdem wir die Florix-Maschine zwei Jahre lang an verschiedenen Obstsorten getestet hatten, waren die Ergebnisse sehr ermutigend. Landwirte wie Filiberto Montanari, der seit mehreren Jahren eine Florix-Maschine verwendet, haben von einer erheblichen Reduzierung des Zeit- und Arbeitsaufwands für das Ausdünnen von Blumen berichtet. ... >>

Fortschrittliches Infrarot-Mikroskop 02.05.2024

Mikroskope spielen eine wichtige Rolle in der wissenschaftlichen Forschung und ermöglichen es Wissenschaftlern, in für das Auge unsichtbare Strukturen und Prozesse einzutauchen. Allerdings haben verschiedene Mikroskopiemethoden ihre Grenzen, darunter auch die begrenzte Auflösung bei der Nutzung des Infrarotbereichs. Doch die neuesten Errungenschaften japanischer Forscher der Universität Tokio eröffnen neue Perspektiven für die Erforschung der Mikrowelt. Wissenschaftler der Universität Tokio haben ein neues Mikroskop vorgestellt, das die Möglichkeiten der Infrarotmikroskopie revolutionieren wird. Dieses fortschrittliche Instrument ermöglicht es Ihnen, die inneren Strukturen lebender Bakterien mit erstaunlicher Klarheit im Nanometerbereich zu sehen. Typischerweise sind Mikroskope im mittleren Infrarotbereich durch eine geringe Auflösung eingeschränkt, aber die neueste Entwicklung japanischer Forscher überwindet diese Einschränkungen. Laut Wissenschaftlern ermöglicht das entwickelte Mikroskop die Erstellung von Bildern mit einer Auflösung von bis zu 120 Nanometern, was 30-mal höher ist als die Auflösung herkömmlicher Mikroskope. ... >>

Luftfalle für Insekten 01.05.2024

Die Landwirtschaft ist einer der Schlüsselsektoren der Wirtschaft und die Schädlingsbekämpfung ist ein integraler Bestandteil dieses Prozesses. Ein Team von Wissenschaftlern des Indian Council of Agricultural Research-Central Potato Research Institute (ICAR-CPRI), Shimla, hat eine innovative Lösung für dieses Problem gefunden – eine windbetriebene Insektenluftfalle. Dieses Gerät behebt die Mängel herkömmlicher Schädlingsbekämpfungsmethoden, indem es Echtzeitdaten zur Insektenpopulation liefert. Die Falle wird vollständig mit Windenergie betrieben und ist somit eine umweltfreundliche Lösung, die keinen Strom benötigt. Sein einzigartiges Design ermöglicht die Überwachung sowohl schädlicher als auch nützlicher Insekten und bietet so einen vollständigen Überblick über die Population in jedem landwirtschaftlichen Gebiet. „Durch die rechtzeitige Beurteilung der Zielschädlinge können wir die notwendigen Maßnahmen zur Bekämpfung von Schädlingen und Krankheiten ergreifen“, sagt Kapil ... >>

Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv

Der Klimawandel hat den Geschmack von Bier beeinflusst 19.10.2023

Der globale Klimawandel wirkt sich auf die Bierproduktion aus, indem er die Eigenschaften des Hopfens und damit den Geschmack des Getränks verändert. Wissenschaftler des Instituts für Global Change Studies der Tschechischen Akademie der Wissenschaften haben herausgefunden, dass aufgrund der steigenden Temperaturen und der Trockenheit des Hopfens der Gehalt an Alphasäuren, die für den charakteristischen Geschmack und die Bitterkeit des Bieres verantwortlich sind, abnimmt.

Die Studie ergab, dass die globale Erwärmung dazu führt, dass Hopfen früher reift, bis zu 20 Tage früher als üblich. Dieser Prozess findet teilweise bei hohen Temperaturen statt, was die Bildung von Alphasäuren erschwert. Verringerte Niederschläge und das Auftreten von Dürren verringern die Hopfenerträge, wobei bis 2050 mit einem Rückgang der Erträge um 18 % und einem Rückgang des Alphasäuregehalts um 20–30 % zu rechnen ist.

Wissenschaftler bieten verschiedene Lösungen für Bierproduzenten an.

Eine davon besteht darin, Hopfen in höher gelegene Gebiete zu verpflanzen, wo es weniger heiß ist, oder an Orte mit einem höheren Grundwasserspiegel. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Bewässerungssysteme einzuführen und auf resistentere Hopfensorten umzusteigen.

Weitere interessante Neuigkeiten:

▪ Flussmittelakkumulator aus flüssigem Metall

▪ Künstliche Gebärmutter für Frühgeborene

▪ Y-Chromosom entschlüsselt

▪ Umweltfreundliche Selbstfahrlafette Centauro-II

▪ Magnetische Monopole in einem kalten Quantengasmedium

News-Feed von Wissenschaft und Technologie, neue Elektronik

Interessante Materialien der Freien Technischen Bibliothek:

▪ Abschnitt der Website Elektromotoren. Auswahl an Artikeln

▪ Artikel von Karel Capek. Berühmte Aphorismen

▪ Artikel Welches Land produziert die meisten Filme? Ausführliche Antwort

▪ Artikel Astronomisches Instrument Beobachter. Wissenschaftliches Kinderlabor

▪ Artikel Sensoren für Einbruchmeldeanlagen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

▪ Artikel Verschieben von Karten. Fokusgeheimnis

Hinterlasse deinen Kommentar zu diesem Artikel:

Alle Sprachen dieser Seite

Startseite | Bibliothek | Artikel | Sitemap | Site-Überprüfungen