vad händer om ett glas vatten var helt plötsligt, bokstavligen halvtomt?
—Vittorio Iacovella
pessimisten är förmodligen mer rätt om hur det visar sig än theoptimist.
När folk säger ”glas halvtomt” betyder de vanligtvis något som ett glas som innehåller lika delar vatten och luft:
traditionellt ser optimisten glaset som halvfullt medan thepessimist ser det som halvtomt. Detta har gett upphov till en zillion jokevariants—exempel,, ingenjören ser ett glas som är dubbelt så stort som det behöveratt vara, surrealisten ser en giraff som äter en slips etc.
men vad händer om den tomma halvan av glaset faktiskt var tomt-ett vakuum?(Även ett vakuum är förmodligen inte riktigt tomt, men det är en fråga forquantum semantik.)
vakuumet skulle definitivt inte vara länge. Men exakt vad som händerberor på en nyckelfråga som ingen vanligtvis stör att fråga: Vilkenhalv är tom?
för vårt scenario kommer vi att föreställa oss tre olika halvtoma glasögon, ochfölj vad som händer med dem mikrosekund med mikrosekund.,
i mitten är det traditionella luft – / vattenglaset. Till höger är aglass som den traditionella, förutom att luften ersätts av ett vakuum.Glaset till vänster är halvfullt med vatten och halvtomt-men det är bottenhalvan som är tom.
vi föreställer oss att dammsugare visas vid tiden t=0.
för den första handfull mikrosekunder händer ingenting. På dettaskala är även luftmolekylerna nästan stationära.,
För det mesta jigglar luftmolekylerna runt vid hastigheter på några fåhundra meter per sekund. Men vid varje given tidpunkt råkar vissa varaflytta snabbare än andra. De snabbaste få rör sig på över 1000meter per sekund. Dessa är de första som driver in i vakuumet iglas till höger.
vakuumet till vänster är omgivet av barriärer, så luftmolekyler kan lätt komma in. Vattnet, som är en vätska, expanderar inte för att fylla Vacuum på samma sätt som luften gör., Men i glasögonens vakuum börjar det koka, långsamt kasta vattenånga i det tomma utrymmet.
medan vattnet på ytan i båda glasögonen börjar koka bort, iglaset till höger, luften rusar in stoppar den innan den verkligenfår gå. Glaset till vänster fortsätter att fylla med en mycket svagmist av vattenånga.
Efter några hundra mikrosekunder, luften rusar in i glaset på natten fyller vakuumet helt och rams in i ytan avvatten, skicka en tryckvåg genom vätskan., Sidorna avglas bula något, men de innehåller trycket och bryter inte. Ashockwave reverberates genom vattnet och tillbaka in i luften och gick medturbulensen redan där.
shockwave från vakuumkollaps tar ungefär en millisekund tosprid ut genom de andra två glasögonen. Glaset och vattnet både flexslätt när vågen passerar genom dem. I några fler millisekunder, detnår människans öron som ett högt slag.
runt denna tid börjar glaset till vänster att synligt lyfta in iluften.,
lufttrycket försöker pressa ihop glaset och vattnet. Detta är den kraft vi tänker på som sug. Vakuumet till höger varade inte tillräckligt länge för att suget skulle lyfta glaset, men eftersom luften inte kan komma in i vakuumet till vänster börjar glaset och vattnet slidetoward varandra.
det kokande vattnet har fyllt vakuumet med en mycket liten mängd vattenånga. När utrymmet blir mindre ökar uppbyggnaden av vattenångorlångsamt trycket på vattnets yta., Så småningom kommer detta att sakta ner kokningen, precis som högre lufttryck skulle.
glaset och vattnet rör sig nu för fort för att vaporbuildup ska spela roll. Mindre än tio millisekunder efter klockan började flyger de mot varandra på flera meter per sekund. Utan acushion av luft mellan dem—bara några visp av ånga-vattnet smackari botten av glaset som en hammare.
vatten är nästan inkompressibelt, så effekten sprids inte ut—det blir en enda skarp chock., Den tillfälliga kraften på glaset ärimmense,och det bryts.
denna ”vattenhammare” effekt (som också är ansvarig för ”clunk” du ibland hör i gamla VVS när du stänger av kranen) kan ses i den välkända parti trick (inspelad på Mythbusters, analyseras ifysik klasser, och visas i otaliga student sovsalar) avsmaka toppen av en glasflaska för att blåsa ut thebottom.
när flaskan slås, trycks den plötsligt nedåt. Liquidinside svarar inte direkt på suget (lufttrycket)—mycket som i vårt scenario—och ett gap öppnas kort., Det är en liten vakuum—afew fraktioner av en tum tjock—men när den stängs, stör chockenflaskans botten.
i vår situation skulle krafterna vara mer än tillräckligt för att förstöra eventhe tyngsta dricksglasen.
botten bärs nedåt av vattnet och bitar motbord. Vattnet stänker runt det, sprutar droppar och glashardi alla riktningar.
under tiden fortsätter den fristående övre delen av glaset att stiga.
efter en halv sekund har observatörerna, som hör en pop, börjat blinka.,Deras huvuden lyfter ofrivilligt för att följa den stigande rörelsen avglas.
glaset har precis tillräckligt med hastighet för att slå mot taket, bryta in i fragment…
… vilket, deras momentum nu spenderas, återgår till bordet.
lektionen: om optimisten säger att glaset är halvfullt, ochpessimisten säger att glaset är halvtomt, fysikern ankor.
