Wat als een glas water plotseling letterlijk halfleeg was?
—Vittorio Iacovella
de pessimist heeft waarschijnlijk meer gelijk over hoe het uitpakt dan de optimist.
wanneer mensen zeggen “glas half leeg”, bedoelen ze meestal zoiets als een glas met gelijke delen water en lucht:
traditioneel ziet de optimist het glas als half vol, terwijl de essimist het als half leeg ziet. Dit heeft geleid tot een zillion jokevarianten-bijv., de ingenieur ziet een glas dat twee keer zo groot is als nodig, de surrealist ziet een giraffe die een stropdas eet, enz.
maar wat als de lege helft van het glas werkelijk leeg was-een vacuüm?(Zelfs een vacuüm is misschien niet echt leeg, maar dat is een vraag voorquantum semantiek.)
Het vacuüm zou zeker niet lang duren. Maar wat er precies gebeurt, hangt af van een belangrijke vraag die meestal niemand de moeite neemt te stellen: welke helft is leeg?
voor ons scenario, zullen we drie verschillende halflege glazen voorstellen, en volgen wat er met hen microseconde per microseconde gebeurt.,
in het midden is het traditionele lucht/waterglas. Aan de rechterkant is een glas zoals de traditionele, behalve dat de lucht wordt vervangen door een vacuüm.Het glas links is half vol water en half leeg-maar het is de onderste helft die leeg is.
We zullen ons voorstellen dat de stofzuigers verschijnen op het moment t = 0.
gedurende de eerste paar microseconden gebeurt er niets. Op deze tijdschaal staan zelfs de luchtmoleculen bijna stil.,
voor het grootste deel schommelen luchtmoleculen rond bij snelheden van enkele meters per seconde. Maar op een gegeven moment, sommige gebeuren te beklagen sneller dan anderen. De snelste paar bewegen met meer dan 1000 meter per seconde. Dit zijn de eersten die in het vacuüm in het glas aan de rechterkant drijven.
Het vacuüm aan de linkerkant is omgeven door barrières, zodat luchtmoleculen er niet gemakkelijk in kunnen komen. Het water, dat een vloeistof is, zet niet uit om het vacuüm op dezelfde manier te vullen als lucht., In het vacuüm van de bril begint het echter te koken,waardoor langzaam waterdamp in de lege ruimte terechtkomt.
terwijl het water op het oppervlak in beide glazen begint weg te koken, stopt de lucht in het glas aan de rechterkant het voordat het echt gaat. Het glas aan de linkerkant blijft zich vullen met een zeer zwakke waterdamp.
na een paar honderd microseconden vult de lucht die op het licht in het glas stroomt het vacuüm volledig en ramt het in het wateroppervlak, waardoor een drukgolf door de vloeistof wordt gestuurd., De zijkanten van het glas zwellen licht op, maar ze bevatten de druk en breken niet. Een schokgolf weerkaatst door het water en terug in de lucht, en voegt zich bij de turbulentie die er al is.
de schokgolf van het vacuüm neemt ongeveer een milliseconde in beslag om door de andere twee glazen te worden geregen. Het glas en het water flexslicht als de golf door hen gaat. In een paar milliseconden, raakt het de oren van de mens als een luide knal.
rond deze tijd begint het glas links zichtbaar op te tillen in de lucht.,
De luchtdruk probeert het glas en water samen te persen. Dit is de kracht die we zien als zuiging. Het vacuüm aan de rechterkant was niet lang genoeg voor de zuiging om het glas op te tillen, maar omdat de lucht niet in het vacuüm aan de linkerkant kan komen, beginnen het glas en het water naar elkaar toe te schuiven.
het kokende water heeft het vacuüm gevuld met een zeer kleine hoeveelheid waterdamp. Naarmate de ruimte kleiner wordt, verhoogt de ophoping van waterdamp de druk op het wateroppervlak., Uiteindelijk zal dit het koken vertragen, net als een hogere luchtdruk.
echter, het glas en het water bewegen nu te snel om de damp op te bouwen. Minder dan tien milliseconden nadat de klok begon,vliegen ze naar elkaar toe met enkele meters per seconde. Zonder een kortsluiting van lucht tussen hen-slechts een paar slierten van damp-het water smacksinto de bodem van het glas als een hamer.
Water is bijna niet te verdringen, dus de impact wordt niet uitgespreid—het komt als een enkele scherpe schok., De kortstondige kracht op het glas isisimmense, en het breekt.
dit “water hammer” effect (dat ook verantwoordelijk is voor de”clunk” die je soms hoort in oude sanitair wanneer je de kraan uitschakelt) kan worden gezien in de bekende party trick (opgenomen op Mythbusters, geanalyseerd in fysicaklassen, en gedemonstreerd in talloze studentenkamers) van het pakken van de bovenkant van een glazen fles om de fles uit te blazen.
wanneer de fles wordt geslagen, wordt deze plotseling naar beneden geduwd. De liquidinside reageert niet meteen op de zuigkracht (luchtdruk)—zoals in ons scenario—en er opent zich kort een gat., Het is een klein vacuüm—enkele fracties van een centimeter dik – maar als het sluit, breekt de schok de bodem van de fles.
in onze situatie zouden de krachten meer dan genoeg zijn om zelfs de zwaarste drinkglazen te vernietigen.
de bodem wordt naar beneden gedragen door het water en de stam tegen de tafel. Het water spat eromheen, spuit druppeltjes en glasschervenin alle richtingen.
ondertussen blijft het losse bovenste gedeelte van het glas stijgen.
na een halve seconde zijn de waarnemers, die een pop horen, begonnen te deinzen.,Hun hoofden heffen onvrijwillig op om de stijgende beweging van het glas te volgen.
het glas heeft net genoeg snelheid om tegen het plafond te knallen en in fragmenten te breken…
… die, hun momentum nu verbruikt, terugkeren naar de tabel.
De Les: als de optimist zegt dat het glas halfvol is, en de essimist zegt dat het glas halfleeg is, ontwijkt de natuurkundige.
