Un vaso de agua en gravedad CERO

¿Qué pasará si trato de verter una taza de agua en gravedad cero, en otra taza vacía? ¿Saldrá el agua del vaso? La fuerza adhesiva entre las moléculas de agua y el interior del vaso debe evitar que el agua se salga. ¿Es correcto? ¿O hay algo más que eso?

Esta pregunta es otro recordatorio de que este (excelente) sitio "está partido en dos". Aquí aparecen dos tipos sorprendentemente diferentes de control de calidad. (Aproximadamente la mitad de cada uno, diría). La primera mitad son preguntas verdaderamente difíciles "dentro" de la física moderna (ya sea sobre partículas elementales, física matemática o lo que sea). La segunda mitad es un control de calidad puramente pedagógico con respecto a la "física" newtoniana extremadamente básica de nivel secundario . Por supuesto, obviamente y trivialmente, cada experto en este sitio entiende completamente todos los aspectos de (digamos) esta pregunta: el truco para responder a la calidad es puramente excelencia pedagógica .
@JoeBlow "Completamente" es una palabra tan fuerte :-). Dependiendo de con qué entre en contacto y de varios factores secundarios, el agua en gravedad cero o "micro" puede atraerse alrededor de un objeto en contacto por "tensión superficial" y formar una capa exterior. No todos los "expertos" que comenten sobre esto lo sabrán, y ninguno de los que comentaron o respondieron aquí hasta ahora lo han notado. jdlugosz se acercó más.

Respuestas (5)

Si simplemente sostuviera una taza boca abajo en gravedad cero, el líquido no debería derramarse. Sin embargo, las cosas en gravedad cero siguen obedeciendo las leyes de Newton. Si retiras la taza, el agua debería quedarse atrás. En realidad, un movimiento repentino del vaso crearía una presión más baja detrás del agua que delante, por lo que la presión del aire trataría de mantenerlo en el vaso, pero la aceleración que esto puede lograr es finita, por lo que un movimiento rápido podría "liberar". el agua de la taza.

Alternativamente, si su taza es hemisférica, puede sacar el agua con un movimiento rápido de la muñeca, girando el recipiente con el líquido quedándose atrás. Luego podrías "recoger" la bola de líquido en el espacio con la otra taza.

Un problema potencial al hacer esto en un entorno de gravedad cero: es probable que se ensucie, y lo único que preferiría no tener en los satélites (como la ISS) son "cosas" (pequeñas gotas de agua, trozos de lápices rotos que conducen etc) flotando y metiéndose en la electrónica. Dicho esto, la electrónica está bastante bien protegida en estos días, y el sistema de filtración dentro de la ISS se encarga de la mayoría de lo que flota; pero cuando los filtros se mojan siempre existe el riesgo de que crezca moho...

En breve, mientras la gravedad está ausente, los líquidos todavía obedecen las leyes de la física. La inercia, la tensión superficial y la presión atmosférica siguen funcionando con normalidad. La fuerza de tensión superficial sobre un líquido en un vaso es muy pequeña en comparación con la fuerza de presión de la cabina, para una tensión superficial determinada. σ , radio r y ángulo de contacto θ usted calcularía la fuerza como

F = 2 π r σ pecado ⁡ θ

Con σ = 0,07 N/m, r = 5cm y θ = 45° (cifras aproximadas), tendrías una fuerza de < 0,02 N. Eso mantendrá el líquido en su lugar solo si no actúan otras fuerzas. Si hay 200 ml de líquido en el vaso (0,2 kg), - una aceleración de solo 0,1 m/s 2 sería suficiente para "sacudirlo".

Es fácil crear un entorno de gravedad cero. Solo tira la taza de agua al aire. Luego, mientras está en el aire, simplemente toma la taza del agua. Una vez mi hijo me preguntó cómo pueden flotar las cosas en el espacio. Acabo de demostrar con las llaves del coche. Los arrojé y los seguí con la mano. Ellos "flotaron" sobre mi mano :)
@MikeDunlavey ¿Cómo es ese el mismo concepto?
@user3932000: No es necesario estar en el espacio para estar en un entorno de gravedad cero. De hecho, un término menos confuso es "caída libre". Se puede hacer fácilmente en un avión .
@MikeDunlavey ¿Pero no son la ingravidez y la gravedad cero dos cosas diferentes?
@user3932000: No, realmente no existe la gravedad cero, a menos que vayas muy lejos en el universo, lejos de cualquier galaxia, etc. A bordo de la ISS, hay mucha gravedad. Toda la estructura y todo lo que hay en ella está cayendo hacia la tierra. Da la casualidad de que va tan rápido horizontalmente que tan rápido como cae, la superficie de la tierra se dobla porque es curva, por lo que la ISS nunca se acerca más al suelo. Lo llaman "microgravedad", pero todo eso significa que todo cae al mismo tiempo.
@MikeDunlavey Pero, ¿por qué el hecho de que la verdadera gravedad cero no existe es relevante en esta situación? Esta parece ser una pregunta teórica, seguramente puede tener respuestas teóricas.
@user3932000 Mike estaba respondiendo a su objeción a su analogía de caída libre; de hecho, todas las situaciones de "microgravedad" (ISS y vuelo parabólico) realmente solo simulan gravedad cero ya que todo cae al mismo ritmo. Creo que todos estamos de acuerdo aquí...
Mike: una buena manera de explicar eso es que los satélites son precisamente como el "cometa vómito"... pero duran más.
Con respecto al 'desorden' de las gotas de agua sueltas, hay varios videos, incluido el relacionado con el pentano, de astronautas haciendo varias cosas que dispersan algunas gotas de agua, y no parecen estar preocupados.
@JeannePindar - Eché un vistazo a ese video. Muy bueno, ¡gracias por eso! He modificado mi advertencia ligeramente.

¿Verter? No hay tal cosa sin gravedad.

En NASA TV (ver video ), vi el prototipo de tazas de café . Tienen una forma con un pliegue agudo, para permitir que el líquido suba por la ranura. El producto más avanzado también mezclaría superficies cerosas y humectables para mantenerlo pegado al interior de la taza pero sin arrastrarse por el borde, excepto en la línea de sorbo.

https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSvJFMOZpjTXVQZp6fuXyH5UXcTBH3TPBjNjsbAcEeBWegNHCYg

Las imágenes son difíciles de entender; mira el video o lee un artículo que muestra una serie de imágenes y diagramas.

Esta es la mejor y más clara respuesta. Simplemente no se puede verter sin gravedad. La pregunta no es diferente a preguntar "¿Qué pasa si me 'caigo' en gravedad cero ..." bueno, no hay caída.
@JoeBlow O caerse es exactamente lo que estás haciendo todo el tiempo.
@MichaelKjörling dependiendo de dónde se encuentre. Si estás a medio camino entre la Vía Láctea y Andrómeda, no te estás cayendo en absoluto. Simplemente no hay suficiente gravedad actuando sobre ti para que sientas algo.
Hola Michael, eso es cierto, pero no olvides que este control de calidad es completamente pedagógico . Cualquier experto aquí entiende completamente todas las sutilezas involucradas y puntos de vista como "¡te estás cayendo incluso cuando estás parado en un planeta!" son poco interesantes. Todo el quid pedagógico del control de calidad es que el OP (u otros lectores principiantes absolutos) se den cuenta de que el vertido se relaciona por completo con la "gravedad" y si se encuentra en una situación de "sin gravedad", no hay vertido. por supuesto, usted y yo sabemos que la "gravedad cero en órbita" es una simplificación, pero la lección que nos ocupa está en ese nivel.

Recuerda las leyes de Newton. En este caso el agua solo acelerará con las fuerzas que apliques al inclinar el vaso. Suponiendo que la copa no se incline ferozmente: por las interacciones del hidrógeno, el agua flotará en forma de una o más burbujas ligeramente deformadas en el aire, o dentro de la copa, dependiendo de las "fuerzas de inclinación".

La fuerza adhesiva entre las moléculas de agua y el interior del vaso debe...

Incluso en ausencia de fuerza adhesiva, el agua nunca se moverá en gravedad cero, porque no hay arriba ni abajo, no hay fuerza que actúe sobre ella.

Puedes ver claramente en este video en 1:15 que para sacar el agua de un vaso de plástico tienes que golpearlo en el fondo

El agua no podría permanecer en forma líquida, porque sin gravedad no habría presión, y un líquido necesita presión para mantenerse en forma líquida.

¿Y cómo explicas esto: youtube.com/watch?v=s63JXdsL5LU ?
Eso no es del todo cierto para un contenedor cerrado como una nave espacial.
Un vaso de agua en gravedad CERO
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