HARTER TYP erklärt "Twilight" ..und wir verfilmen es! | feat. Bodyformus
Ist das nicht jedem passiert? Sie sind auf der Hochzeit eines Freundes und es ist Ihre Aufgabe, die feierliche Flasche Champagner zu öffnen. Das ist alles gut und gut, sagst du zu dir selbst, aber nur das Entkorken ist so passé. Stattdessen packst du die Flasche am Hals und schleuderst sie gegen eine Wand. Was ist dir nicht passiert? Nun, es ist diesem Kerl passiert:
In der Hüfte, oder? Vielleicht in die Autoschlüssel oder das iPhone? Das muss weh tun
Aber wie sehr tat es weh? Um Hilfe zu dieser Frage zu erhalten, wandte ich mich an Dr. Gabriel Xu, einen Plasmaphysiker am Propulsion Research Center der Universität von Alabama in Huntsville. Warum bat ich einen Raketenwissenschaftler, mir dabei zu helfen? Inverse Hausaufgaben? Sagen wir einfach, dass ein Raketenwissenschaftler der richtige Typ ist, an den Sie sich wenden können, wenn Ihr Champagner vom Treibstoff zum Flaschentreibstoff wird.
In dem Moment, in dem die Flasche die Wand berührt, wird sie zu einer Rakete.Das hört sich vielleicht grandios an, ist aber - wenn man es pedantisch betrachtet - völlig korrekt. Wie die NASA es erklärt:
„Raketen arbeiten nach einer wissenschaftlichen Regel, die Newtons drittes Bewegungsgesetz genannt wird. Der englische Wissenschaftler Sir Isaac Newton führte drei Bewegungsgesetze auf. Das hat er vor mehr als 300 Jahren getan. Sein drittes Gesetz besagt, dass es für jede Handlung eine gleichwertige und entgegengesetzte Reaktion gibt. Die Rakete drückt auf ihren Auspuff. Der Auspuff drückt auch die Rakete. Die Rakete drückt den Auspuff nach hinten. Der Auspuff bringt die Rakete nach vorne. ”
In unserem Fall stürzt eine Mischung aus Kohlendioxid und flüssigem Mut aus der Flasche und drückt die Flasche nach vorne. Die Kraft auf die Flasche und die Kraft auf das Treibmittel bilden ein "Aktions-Reaktions-Paar" im Physikunterricht. Und in der typischen Physik vernachlässigen wir von hier aus die Schwerkraft und den Luftwiderstand.
Die Mathematik ist nur etwas raffinierter als diese:
Rockets gehorchen der Rocket Equation, die so aussieht
Woher F steht für kraft v steht für Geschwindigkeit und dm / dt steht für die Veränderung der Masse im Laufe der Zeit. Die Gleichung besagt lediglich, dass die Kraft auf die Rakete gleich der Massenänderung mal der Geschwindigkeit des Abgases ist - in unserem Fall das Kohlendioxid.
Hier bin ich stecken geblieben Mir war nicht sofort klar, wie man rechnet v und dm / dt. Aber Dr. Xu war auf dem Geld. Wir berechnen v mit der Bernoulli-Gleichung, die einfach das Energieerhaltungssatz für fließende Flüssigkeiten ausdrückt. Nebenbei gesagt, eine der häufigsten Anwendungen der Bernoulli-Gleichung ist die Erklärung der Funktionsweise von Profilen - was einige Probleme hat.
Die Bernoulli-Gleichung sieht folgendermaßen aus: Die Begriffe auf der linken Seite beziehen sich auf Kohlendioxid in der Flasche und die Begriffe auf der rechten Seite auf alkoholische Raketensauce, die die Flasche verlassen:
Das sieht unangenehm aus, ist aber eigentlich ganz einfach. Der erste Ausdruck auf beiden Seiten ist nur der Druck. Der zweite Ausdruck ist die kinetische Energie der Flüssigkeit. Auf der linken Seite lassen wir dies Null sein, da sich die Flüssigkeit in der Flasche nicht relativ zur Flasche bewegt. Dies lässt uns nach der Austrittsgeschwindigkeit auflösen, v von unserem Champagner.
Mit v Wir können auch berechnen dm / dt. Alles, was wir wissen müssen, ist, wie viel Masse zu einem bestimmten Zeitpunkt einen Punkt an der Flaschenöffnung passiert. Das ist nur die Dichte des Gases mal der Querschnittsfläche der Engpasszeiten v. Presto.
Wenn wir einige Annahmen treffen, können wir berechnen F kein Problem. Hier sind die Zahlen, die Dr. Xu vorgeschlagen hat. Abgefüllter Champagner steht unter sechs Atmosphären, während die Atmosphäre (nicht überraschend) unter einer Atmosphäre liegt. Die Dichte von Champagner liegt nahe an der von Wasser - 1.000 Kilogramm pro Kubikmeter. Und der Flaschenhals hat einen Durchmesser von 25 Millimetern.
"Mit diesen angenommenen Zahlen erhalte ich eine Schubkraft von 15,6 Newton", schrieb Xu in einer E-Mail. Wenn Sie sich an die Physik an der High School erinnern, wissen Sie, dass ein Newton die Kraft ist, die erforderlich ist, um 1 Kilogramm Masse mit 1 Meter pro Sekunde pro Sekunde zu beschleunigen. Aber Xu sagt: „Das ist keine wirklich nützliche Menge, um darüber nachzudenken. Stattdessen können wir den Impuls betrachten, den die Flasche beim Aufprall trägt. “
Das Momentum ist eine schöne und konkrete Größe für unsere Zwecke, weil es den „Oomph“ - und den „Aua“ - eines Aufpralls besser als die Kraft erfasst. Im Gegensatz zu Kraft besitzt das Momentum jedoch keine praktisch benannte Einheit. es wird nur in Kilogramm pro Sekunde oder kgm / s gemessen. Sie können an den Einheiten erkennen, dass das Moment gleich Masse mal Geschwindigkeit ist.
Weitere Zahlen von Dr. Xu: „Eine 750 Milliliter-Weinflasche ist etwa 0,9 Kilogramm und 750 Milliliter Wasser / Champagner ist 0,75 Kilogramm.“ Daraus können wir das gute zweite Gesetz von Newton einsetzen, F = ma, um die Beschleunigung zu berechnen, die 9,45 Meter pro Sekunde und Sekunde beträgt.
"Im Video sieht es aus, als würde die Flasche den Kerl ~ 0,5 Sekunden nach dem Aufprall auf das Objekt treffen und sich in eine Rakete verwandeln", schrieb Xu. Angenommen, die Anfangsgeschwindigkeit ist Null “, schlägt die Flasche nach 0,5 Sekunden mit einer Geschwindigkeit von 4,73 m / s. Nehmen wir an, die Flasche verliert in dieser Zeit etwas Flüssigkeit und hat nur noch 1,5 Kilogramm übrig. Der Impuls beim Aufprall beträgt somit… 7,1 kg / s. “
Nun, das ist alles sehr gut und gut, sagst du, aber wie verstehe ich das? Mach dir keine Sorgen, Dr. Xu hat deinen Rücken.
"Zum Vergleich", schrieb er, "hat ein Baseball eine Masse von 0,145 Kilogramm, und ein Fastball von 90 Meilen pro Stunde ist ~ 40 m / s. Ein Baseball von 90 Meilen pro Stunde würde also mit einem Impuls von 5,8 kgm / s schlagen. So traf die Flasche den Kerl wie ein Fastball mit 110 km / h. “
Das muss weh tun
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