Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 5495
2017-11-29 
В аквариум с рыбками для вентиляции с поверхности воды подаётся струя воздуха. Образующиеся пузырьки воздуха при этом иногда не начинают сразу всплывать, а погружаются перед этим на некоторую глубину. Причём кинетической энергии пузырька ($mv^{2}/2$, где $v$ — начальная скорость пузырька, $m$ — масса воздуха в пузырьке) явно недостаточно для совершения работы против силы Архимеда в процессе погружения пузырька на наблюдаемую глубину. Но пузырьки всё же погружаются, и это явно экспериментально наблюдается. В чём же здесь может быть дело?
Решение:
Масса воздуха в каждом пузырьке существенно меньше массы непосредственно окружающей этот пузырёк воды. Поэтому кинетическая энергия окружающих пузырёк слоёв воды существенно больше энергии пузырька. Поэтому окружающая вода может обменяться с пузырьком кинетической энергией, так, что кинетическая энергия воздуха в пузырьке станет необходимой для движения с нужной скоростью, а относительное изменение кинетической энергии (и, следовательно, скорости) воды при этом будет крайне незначительным.
Отдельный вопрос: а откуда у воды появилась необходимая кинетическая энергия? Разумеется, не только в результате попадания в воду данного конкретного пузырька. Основная часть энергии была получена от тех пузырьков, которые попали в воду раньше (и траектория движения которых в начале была совсем не такой, как на рисунке). В результате, как можно предположить по картинке, в аквариуме образовалось устойчивое вихревое течение, потери энергии которого (в результате действия сил трения и по прочим причинам) за время появления очередного пузырька как раз в среднем равны работе, которая совершается при образовании этого пузырька.
Другое объяснение (другими словами). Все пузырьки не могут сразу всплыть наверх. Потому что их слишком много. И они все наверх «не помещаются», кому то приходится отплывать вбок, а кому-то и вниз. Соответствующим образом и формируются устойчивые течения. (Проблему «нехватки места», можно было бы «решить», «выталкивая» пузырьки наверх с большой скоростью. Но тогда придётся разгонять до этой же скорости и окружающую эти пузырьки воду, то есть сообщать воде соответствующую кинетическую энергию. А взять эту энергию опять-таки негде.)
В аквариум с рыбками для вентиляции с поверхности воды подаётся струя воздуха. Образующиеся пузырьки воздуха при этом иногда не начинают сразу всплывать, а погружаются перед этим на некоторую глубину. Причём кинетической энергии пузырька ($mv^{2}/2$, где $v$ — начальная скорость пузырька, $m$ — масса воздуха в пузырьке) явно недостаточно для совершения работы против силы Архимеда в процессе погружения пузырька на наблюдаемую глубину. Но пузырьки всё же погружаются, и это явно экспериментально наблюдается. В чём же здесь может быть дело?
Решение:
Масса воздуха в каждом пузырьке существенно меньше массы непосредственно окружающей этот пузырёк воды. Поэтому кинетическая энергия окружающих пузырёк слоёв воды существенно больше энергии пузырька. Поэтому окружающая вода может обменяться с пузырьком кинетической энергией, так, что кинетическая энергия воздуха в пузырьке станет необходимой для движения с нужной скоростью, а относительное изменение кинетической энергии (и, следовательно, скорости) воды при этом будет крайне незначительным.
Отдельный вопрос: а откуда у воды появилась необходимая кинетическая энергия? Разумеется, не только в результате попадания в воду данного конкретного пузырька. Основная часть энергии была получена от тех пузырьков, которые попали в воду раньше (и траектория движения которых в начале была совсем не такой, как на рисунке). В результате, как можно предположить по картинке, в аквариуме образовалось устойчивое вихревое течение, потери энергии которого (в результате действия сил трения и по прочим причинам) за время появления очередного пузырька как раз в среднем равны работе, которая совершается при образовании этого пузырька.
Другое объяснение (другими словами). Все пузырьки не могут сразу всплыть наверх. Потому что их слишком много. И они все наверх «не помещаются», кому то приходится отплывать вбок, а кому-то и вниз. Соответствующим образом и формируются устойчивые течения. (Проблему «нехватки места», можно было бы «решить», «выталкивая» пузырьки наверх с большой скоростью. Но тогда придётся разгонять до этой же скорости и окружающую эти пузырьки воду, то есть сообщать воде соответствующую кинетическую энергию. А взять эту энергию опять-таки негде.)
