Envasar con agua y aire, todo al vacío: ¿qué pasa?

Tienes una botella mitad con agua y mitad con aire. El entorno es un vacío en el que se encuentra la botella. El entorno tiene gravedad .

Entonces, si volteamos la botella de modo que la parte inferior de la botella quede hacia arriba y la parte superior de la botella hacia abajo. Si abres la tapa de la botella para tratar de sacar el agua, ¿qué pasaría?

El objetivo es saber si el aire en la botella se expandiría (manteniendo así la forma de las botellas) o si el aire permanecería en la misma cantidad y simplemente rompería la botella; suponiendo que el agua salga.

Mi suposición: pensaría que el agua no saldría de la botella ya que el aire no puede expandirse. Si forzaste el agua fuera de la botella (es decir, la exprimiste), entonces pensaría que se arrugaría y no se expandiría sino que continuaría ocupando la misma cantidad de espacio todo el tiempo. (más ejemplo en la parte inferior) Cuando haces este mismo experimento donde no hay vacío (pruébalo en casa) cuando viertes el agua, hay burbujas que surgen y reemplazan el espacio que ocupaba el agua

OTRO EJEMPLO: si tuviéramos una botella que puede contener hasta 100 unidades de cualquier cosa. Tenemos 70 unidades de agua y 30 unidades de aire. Si volteas la botella y luego abres la tapa (donde afuera la botella tiene aire) verás que cuando el agua gotea, la botella contiene solo 60 unidades de agua, por lo que habrá burbujas que subirán a la botella para ocupar el repuesto 10 unidades en la botella. La cuestión es ver qué estaría reemplazando esas 10 unidades en la botella donde hay un vacío fuera de la botella.

@count_to_10 el uso de la gravedad es que hay algo que intenta sacar el agua de la botella. Si hicimos esto sin gravedad, no podemos estar seguros de qué impide que salga el agua. En cuanto a cuándo sale el agua, no estoy seguro de lo que sucedería; mi enfoque principal está en el aire en la botella y si expandiría o rompería la botella. La razón por la que creo que el agua no saldría es porque supondría que el aire no podría expandirse y como no hay nada para reemplazar el espacio que dejaría el agua si saliera de la botella, el agua no podría salir.
Como dice @count_to_10 en su respuesta, tienes un cohete. Vaya a youtube.com y busque "cohete de botella de agua" para ver qué sucederá. La única diferencia en su caso es que el entorno es un vacío en lugar de una atmósfera estándar. Por lo tanto, su cohete será más eficiente porque su diferencia de presión entre el interior y el exterior es mayor.
Re, "el aire no puede expandirse". Es posible que desee volver a comprobar ese hecho.

Respuestas (3)

Si hicimos esto sin gravedad, no podemos estar seguros de qué impide que salga el agua.

No, la presión del agua y el aire aún lo expulsarían en el vacío.

Tienes la gravedad como una fuerza en tu puesto, por lo que el agua más densa será atraída hacia abajo, más cerca de la tapa que del aire. Luego se sacará e inmediatamente hervirá debido al vacío.

Saldría el agua, seguida del aire y, como está a una presión superior a la del vacío, el aire saldría por la salida más cómoda, a través del tapón. Como dicen las otras respuestas, puede haber un ligero aumento muy temporal en la presión en el cuello de la botella, también, dependiendo de la presión del aire, algo de aire puede causar burbujas en el agua cuando la mezcla emerge de la tapa.

No hay presión exterior para aplastar la botella hacia adentro. Todo esto sucedería muy rápido, en efecto, la botella sería como un cohete con todo el contenido saliendo de la tapa a velocidades relativamente altas.

 

Si la botella está llena "hasta la mitad con aire", entonces presumiblemente ese aire tiene algo de presión. Y ese aire se expandirá cuando se abra la botella (intentará "igualar la presión" del vacío), empujando el agua hacia afuera. Habrá una diferencia de presión de PAG a i r + ρ gramo h − PAG mi X t - pero cuando PAG mi X t = 0 debido a que hay un ambiente de vacío, solo existe la presión del aire en la botella más la gravedad que empuja el agua hacia afuera. Pero incluso sin gravedad, el agua saldría.

Por el contrario, si tiene una botella con un ambiente (atmosférico) normal, entonces hay la misma presión en la boca de la botella y una presión ligeramente menor en la superficie del agua (menor en ρ gramo h dónde h es la altura del agua en la botella). Esto significa que el aire se expandiría solo un poco y, a menos que burbujee más aire en la botella, el flujo de agua se detiene (o la botella se aplasta).

Acordado. El agua definitivamente saldría de la botella sin importar si tenemos gravedad o no, como mencionaste. Lo que todavía no estoy seguro es lo que le sucede al aire. Entonces, cuando el agua sale de la botella, hasta el punto en que queda lo suficiente en la botella para evitar que el aire se filtre en la aspiradora, ¿qué sucede con el aire de la botella? ¿El aire se expande para ocupar el espacio restante en la botella, o la botella se encoge de modo que el aire solo ocupa el espacio que originalmente contiene?
El aire se expande. No hay presión para mantenerlo en su lugar. Sin presión en el exterior de la botella. Piense en el agua como un pistón, con 1 atm en un lado y 0 atm en el otro. El pistón se expandirá y la presión del aire caerá. Dependiendo de si el proceso es adiabático o isotérmico, la cantidad de caída de presión cambiará, pero de cualquier manera, toda el agua y todo el aire escaparán.

Visualicemos tu experimento. Le das la vuelta a la botella y abres la tapa en el vacío que la rodea. Considere una partición imaginaria en la boca de la botella. No hay moléculas debajo (el vacío) y muchas arriba (agua, aire). La entropía del sistema aumentará y las cosas del interior se desecharán, suponiendo que se mantenga el vacío externo. El agua se evaporará como dijo @count_to_10 y, junto con las moléculas de aire, será expulsada. Este NO será el caso, si el vacío circundante es una región muy pequeña y no se mantiene. Los vapores iniciales (+aire) que se forman, impedirán que el resto salga, y se alcanzará una especie de equilibrio. Dado que el aire del interior está a una presión mucho más alta, se abrirá paso hacia afuera en forma de burbujas, hasta que se alcance el equilibrio absoluto con el entorno. Para un gran vacío,

Envasar con agua y aire, todo al vacío: ¿qué pasa?
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