Hoy dejé mi cabezal de ducha desmontable en el piso y tan pronto como abrí el agua, el cabezal de la ducha comenzó a moverse y ponerse nervioso.
A mi pregunta: ¿por qué las mangueras se mueven y saltan cuando el agua fluye a través de ellas? Me di cuenta de que, por lo general, este efecto (soy tan novato que ni siquiera sé cómo se llama) se nota solo después de una cierta tasa de flujo de agua.
El agua que fluye a través de la manguera tiene masa y cantidad de movimiento. La manguera y el cabezal de la ducha están cambiando la dirección del flujo, lo que requiere que se aplique una fuerza desde la manguera/el cabezal al agua. Por la tercera ley de Newton, habrá una fuerza opuesta aplicada en la manguera/cabeza. Eso es lo que hace que sea "nervioso".
En cuanto a la necesidad de cierta cantidad de flujo para verlo: La cabeza también tiene masa y por lo tanto inercia (primera ley de Newton). Entonces, aunque hay cierta cantidad de fuerza en la cabeza incluso con flujos pequeños, la fuerza no es suficiente para (notablemente) superar la inercia y hacer que salte.
Cuando se expulsa agua a través de una boquilla, se acelera. Esto se debe a la menor presión del agua en la boquilla (principio de Bernoulli) y después de la eyección (presión atmosférica). La presión del agua dentro de la manguera genera la fuerza y provoca la aceleración. Según la tercera ley de Newton, el agua acelerada aplica una fuerza igual y opuesta. Esta fuerza igual y opuesta se llama reacción de la boquilla y es bien conocida por los bomberos.
Significa que fuerzas iguales y opuestas actúan sobre la boquilla. Pero esto significa que hay un equilibrio inestable y la más mínima variación provoca una fuerza lateral. Compare esto con comprimir una barra a lo largo de su longitud. Suficiente presión, y la varilla se pandeará (no podría empujar los dos extremos de una cuerda recta sin que la cuerda se pandee). A diferencia de una varilla, una manguera no resiste esta fuerza lateral. De ahí la dificultad que tienen los bomberos para controlar las mangueras con suficiente presión de agua.
Debido a la aceleración del agua en la manguera, se genera una fuerza opuesta a la dirección del flujo de agua en el extremo de la manguera, que empuja a la manguera a moverse en la dirección opuesta a la dirección del flujo de agua. Por supuesto, la manguera solo se moverá cuando esta fuerza sea lo suficientemente grande. Dado que la manguera es relativamente suave y larga, esta fuerza no puede empujar toda la manguera, por lo que el extremo de la manguera se balancea periódicamente.
usuario243016