Почему при замерзании воды сосуд лопается
Известно, что наполненный водой и выставленный на мороз закрытый сосуд лопается, даже если сделан из самой прочной стали. Но закрытая стеклянная банка с водой не лопнет на морозе, если в воду поместить маленький резиновый мячик. Почему? PetrovaShura [2.2K] 6 лет назад При замерзании лед расширяется, а если в сосуд с водой поместить мячик ( в уличный фонтан мы кидаем пластмассовые бутылки с камешками на дне), то при замерзании основное давление на себя примет мячик. Воздух в нем сожмется, но так как резина более пластична, чем стекло ( в нашем случае облицовка фонтана), то деформироваться будет она, а не стекло. Как на языке физики это объяснить, не знаю автор вопроса выбрал этот ответ лучшим комментировать в избранное ссылка отблагодарить Юлия панночка [96.4K] 6 лет назад Закон физики. Как известно, вода, при переходе в твердое состояние, увеличивается в объеме. Кстати,это происходит только с водой – все остальные вещества затвердевая уменьшаются. Так вот, лед, увеличиваясь в объеме, в конце концов, разрывает любой сосуд, но в случае с мячиком давление частично пойдет на его сжатие, поскольку сферу с воздухом сдавить легче. Соответственно давление на стенки сосуда снизится. Кстати, тот же эффект даст и деревяшка помещенная в сосуд – сжатие дерева снизит давление на стенки. в избранное ссылка отблагодарить il63 [148K] Это происходит не только с водой, есть и другие вещества с таким же свойством. Остальное правильно, +1. – 6 лет назад Ракитин Сергей [432K] 6 лет назад Тут уже написали про расширение воды. Хочу добавить, что объем льда примерно на 10% превышает объем исходной воды, это нужно учитывать при выборе “мячика” – слишком маленький делу не поможет. Кстати, это не обязательно должен быть пустотелый объект, прекрасно “работает” и обычная древесина. Например, на даче для предотвращения разрыва кубовой емкости оказывается достаточно кинуть в воду пару чурбаков килограммов по 10-15. И ещё одно практическое наблюдение: если железный сосуд открыт сверху, то часть льда будет вспучиваться, уменьшая давление на стенки. Сварную конструкцию это не спасет, а вот полусферический бак из нержавейки (бывший автоклав с фабрики-кухни) выдерживает замерзание в нем воды без всяких для себя последствий, что многократно проверено лично. комментировать в избранное ссылка отблагодарить Знаете ответ? |
Источник
- Александр (алекса)
- 12.07.2014, 21:24
- Просмотров: 1595
про давление при замерзании воды в сосуде.
Обсуждение закрыто модератором
Александр (алекса) 12.07.2014, 21:29 #
Re: про давление при замерзании воды в сосуде. Имеем, некую абстрактную ёмкость.
бутылка-канистра-ведро
на зиму, на улице, там осталось вода.
Вода замёрзла, ёмкость, естественно, — лопнула.
Вопрос–
— возможно-ли, теоретически, посчитать давление(допустим в bar. или в атм.), которое развивает вода, при замерзании??
— спасибо
Vladimir_K 01.08.2014, 14:05 #
Классическая задача по сопромату, поэтому учебник в помощь.
> Имеем, некую абстрактную ёмкость.
> бутылка-канистра-ведро
***Форма ёмкости весьма критична.
> на зиму, на улице, там осталось вода.
> Вода замёрзла, ёмкость, естественно, — лопнула.
***Не факт, что лопнула. Зависит от материала и толщины стенок. Может, напр., раздуть, ежели материал пластичный. Или выдержать, ежели стенки толстые.
> Вопрос–
> — возможно-ли, теоретически, посчитать давление(допустим в bar. или в атм.), которое развивает вода, при замерзании??
***Конечно же возможно! Коэффициент объёмного расширения воды при замерзании известен, модуль Юнга льда также не является тайной, “котельные формулы” для расчёта сосудов, работающих под давлением – в любом учебнике по сопромату.
> — спасибо
>
PeterVN 22.07.2014, 15:05 #
Вообще самое первое надо определиться с тем что такое давление. Пока в сосуде жидкость или газ давление это то что покажет манометр. После замерзания воды получается лёд, который уже твёрдое вещество, и грамотнее говорить не о давлении, а о контактной нагрузке. Принципиально то, что эта нагруза уже не распределяется так равномерно как давление воды и газа.
При замерзании лёд занимает бОльший объём чем вода. Сам лёд практически не сжимаем в обычных бытовых условиях. Если дырки у сосуда нет, то давление будет определяться тем, какое усилие создадут стенки сосуда при растягивании до размеров льда. Если дырка есть, то при замерзании лёд выдавливается из дырки. У льда есть некоторая пластичность, и он в итоге вылезает из дырки. В таком варианте давление определяется балансом сопротивления льда к деформации и выталкивании через дырку, и тем какое давление создаёт сосуд при растягивании. Типичный пример это ведро с небольшим количеством воды. Дно выгибает, но часто не отрывает до конца. Чем больше воды в ведре, тем больше сопротивление выдавливанию льда вверх, и тем сильнее выпирает дно.
magryba 14.07.2014, 13:34 #
Если честно – то что-то дофига Интернет утверждает о 500кг/см квадратный при -4 и 2200кг/см квадратный при -22
cutlass 15.07.2014, 15:19 #
так и что будет если гипотетически ее в неком вакууме начать морозить в “сверхвысокопрочном абсолютно недеформируемом сосуде”?
magryba 15.07.2014, 23:01 #
замерзнет под давлением же. При снятии давления – лёд разбухнет на свои 10% с растрескиванием..
mixalыч 17.07.2014, 22:43 #
Неправда ваша. Чоткая зависимость -PV=MKT.
PeterVN 22.07.2014, 14:54 #
Если это та формула о которой я подумал, то она для газа.
mixalыч 23.07.2014, 21:17 #
Ага. Но тут такой чушЫ нанесли, что мне можно тоже
magryba 18.07.2014, 00:25 #
расшифруйте пожалуйста формулу
Evgen – LR 15.07.2014, 12:59 #
это если воздуха в сосуде нет который будет сжиматься в первую очередь
magryba 15.07.2014, 22:58 #
если воздуха нет вода увеличится в объеме, замерзнет и ничего не разорвет, потому что сожмет воздух.
mixalыч 20.07.2014, 01:01 #
ржунимагу! ведро с водой поставь на мороз.
Александр (алекса) 20.07.2014, 07:53 #
Re: ржунимагу! ведро с водой поставь на мороз. Даже 5-7 сантиметров воды, забытые в стальном ведре, на морозе выдавливают дно.
mixalыч 23.07.2014, 21:16 #
Дык а я о чём? А тут рассуждают о сжатии воздуха….
magryba 25.07.2014, 15:23 #
Речь тащемта шла о недеформируемом сосуде а не о жестяном ведре. Тогда первым сломается и вспучится лёд и сожмет таки воздух.
Big Brother 26.07.2014, 02:06 #
Штоп ведро или бочку не разорвало существует дедовский вековой опыт: в ведро (бочку) вставляют деревянную палку.
Александр (алекса) 26.07.2014, 22:47 #
Re: Штоп ведро или бочку не разорвало существует а разве стояла задача,
ЧТОБЫ НЕ РАЗОРВАЛО??
cutlass 14.07.2014, 12:38 #
от 0 до бесконечности 🙂 для того чтобы посчитать н адо знать значения прочностные-текучестные материала – вот им-то как раз и будет соотв то давление, которое эта самая вода и развивает….помнишь- “сила действия равна силе противодействия”…
Александр (алекса) 14.07.2014, 21:53 #
Re: от 0 до бесконечности 🙂 для того чтобы посчитать н ОФФ, cutlass.
у меня мероприятие переносится с четверга на пятницу.
не могу до тебя дозвонится.
cutlass 15.07.2014, 15:11 #
ок! наберу…по-любому – морально я настроился увиде ть тебя…
Источник
Вова маленький [144K] 6 лет назад Кстати сказать, на этом свойстве воды, при переходе ее в твердое состояние, работают некоторые технологии. Например, в древности, в скалу вбивали деревянные клинья, смачивали их водой. А, когда, та замерзала под утро, скала разрывалась, образуя необходимые куски для построек. Ничего себе, объем увеличивается на 9%. Это сила. Попадались какие-то, то ли домкраты, то ли прессы, работающие по “принципу заморозил воду, получи силу”. Вот, посмотрел “Википедию” по ссылкам “лёд” и “вода”. Елы-палы. До чего же скучно написано. Не заслужила вода этого. Самые незабываемые впечатления получил от докфильма “Вода”. Может быть “Тайна воды”. Чудо рядом, и его можно потрогать. автор вопроса выбрал этот ответ лучшим Борисов Игорь [168K] 6 лет назад Вода – уникальное вещество. При переходе из жидкого состояния в твердое, она, наперекор другим веществам, которые сжимаются, расширяется. На морозе вода в стеклянной бутылке расширяется, а сама бутылка сжимается. Так как стекло – негибкий материал, то из-за действи сил расширени вды и сжатия стекла, бутылка лопается. Замерзающая вода способна “рвать” не только стекло, но и сталь. Imbrolio [2.7K] 6 лет назад На морозе вода замерзает и превращается в лед, а лед имеет больший “объем” чем вода, т. к. его плотность меньше, а масса вещества в бутылке не изменилась. Вещество в бутылке расширяется и давит на стенки изнутри => из-за этого они лопаются. Polinka2015 [95.3K] 6 лет назад Это я лично узнала из курса физики в школе! Бутылка лопнула, потому что вода при замерзании расширяется! Даже наглядные примеры делали (приносили из дома стеклянную тару и на следующий день воочию наблюдали результат “водного напора”). Вот такую силу вода имеет в холодное время года с минусовой температуре и находясь в тесной для нее емкости. Владимир W [58.7K] 6 лет назад Потому что вода при переходе в твёрдое агрегатное состояние(лёд) имеет свойство расширятся, а бутылка или банка не очень. Вот она и лопается, распирает её. Не от счастья, правда, и не от гордости, а от свойства воды. Maria Muzja [65K] 4 года назад Известно, что вода на морозе превращается в лед, а лед занимает больше места, чем вода. Соответственно, чем больше льда, тем ему теснее в бутылке. А когда вода замерзнет совсем, лед “разрывает” бутылку, ее стеклянные стенки. Так как у замерзшей воды такая сила, которая способна даже сталь разорвать. Поэтому, например водопроводные трубы глубоко закапывают в землю. Niki M [115K] 2 года назад Бутылка лопается из-за того, что вода при замерзании расширяется. Лопается не только стекло, но и металл, например чугун разрывается водой – так велика сила расширения воды. Собственно говоря из-за этого собственники частных домов и боятся поломок с отоплением – т.к трубам приходит конец. Из-за этого трубы прокладывают в земле, а не на поверхности. Знаете ответ? |
Источник
Страница 1 из 2
1 2 Вперёд >
Рози Активный участник
Дано:
вертикальный кусок железной трубы, запаянный снизу
диаметр 70 мм, высота 180 мм
заполнен водой
что будет при замерзании?
трубу прорвет, или лед полезет верхом?
Рози, ну если есть куда замерзать, значит по пути наименьшего сопротивления
Рози Активный участник
Рози, правильно тебе написали если есть куда льду расширятся то он туда и будет. если нет порвет трубу.
Рози Активный участник
akrivcov,
имя Активный участник
Не совсем. Для маленьких объемов (как у ТС) – правильно, а для больших неправильно. Точно не знаю, как объяснить..но щас попробую.
При замерзании лед как известно расширяется, а значит воздействует на стенки сосуда. Стало быть имеется некая сила, которая воздействует на стенки. Чтобы перераспределить эту силу со стенок, в сосуд помещают некие предметы, которые часть этого воздействия примут на себя, тем самым ослабив воздействие на стенки.
Именно из-за этого свойства льда у дачников есть такой способ сохранить в целости большие емкости с водой и предотвратить их разрушение из-за полного промерзания воды. Если в зиму воду из емкости не сливают, в емкость помещают несколько бревен, которые устанавливают вертикально. Это я еще со школы помню))
имя, мы тоже так воду на зиму запасаем. Для раннего полива до включения поливочного водопровода.
Рози Активный участник
имя, akrivcov,
то есть для верности нужно в трубу резиновый шланг установить вертикально и держать его пустым? или и так не лопнет?
Если вы мм с см не спутали, то не парьтесь
Бета Активный участник
Рози, порвет. Коэффициент расширеия 1,1.
Значицца, из трубы должен будет вылезти столбик 18 см.
Вылезет? Сомневаюсь. Верхние слои льда частично вылезут и замерзнут, а нижние порвут.
Я так думаю.
Рози Активный участник
Бета,
спасибо за цифру
1,8 см вылезет, я надеюсь
———- Сообщение добавлено 20.04.2017 21:07 ———-
а чтобы низ точно не порвало, на дно какую-нибудь пробку приклеить
Не вылезет. Лёд начнет образовываться сверху. Какая-то часть, может быть, и вылезет, но начиная с определенного момента при определенном давлении сила тпения о стенки трубы станет слишком большой, чтобы выдавливать лёд дальше и …. труба треснет
Бета Активный участник
Рози, у вас было написано труба высотой метр восемьдесят или мне показалось?
это 18см вообще то, но я думаю не порвет
Бета Активный участник
Ваще, даже дно у железного ведра выдавливает, если промерзнет насквозь.
Да и в открытых водоемах лед слоями друг на друга наползает, хотя там лезть можно во все стороны.
———- Сообщение добавлено 20.04.2017 21:16 ———-
Dimanuga, она стартовое сообщение поправила.
показалось. Высота 18 см.
Берем и ставим в морозильник на ночь. Утром смотрим на результат.
Зуб Участник Команда форума
Еще сильно зависит от толщины металла. Ну и действительно с указанными размерами можно в морозилку сунуть и посмотреть.
———- Сообщение добавлено 20.04.2017 21:56 ———-
Она кристаллизируется и увеличится в объеме.
Рози Активный участник
Бета, не поправляла
Ту277, да, теперь поставлю
———- Сообщение добавлено 20.04.2017 23:14 ———-
так, а что если голосовалку прикрутить, до результата? раз уж мнения разделились
———- Сообщение добавлено 20.04.2017 23:18 ———-
Ту277, а от количества циклов зависит? мне нужно циклов 30, это 30 замораживаний-оттаиваний… да, охота пуще неволи… тогда какой толщины искать трубу?…
Бета Активный участник
Рози, значит сплю уже. ))
Зуб Участник Команда форума
Чтобы не разорвало, можно сделать вкладыш из вспененногг полиэтилена.
скорее всего, но я не спец в этих вопросах
может труба из пластика подойдет?
просто замерзнет.
ну возьмите поллитровую кружку железную, налейте водой и поставьте в морозилку. что будет? да ничего ей не будет.
Зуб Участник Команда форума
Пропорции кружки и указанного обрезка трубы совсем разные. Если из гладкой эмалированной кружки лёд может выпирать через верх, то в более продолговатом предмете с шершавыми стенками давление на стенки наверное будет больше.
В общем, всё зависит от конкретной трубы, с её состоянием и толщиной стенок.
У кружки слишком большая площадь “свободной поверхности” по отношению к боковой. Плюс то, что обычно кружка, все же, имеет форму обратного конуса, что способствует выдавливанию льда. Да и то….. расширится кружка немного, плюс поверхность большая, чуть выдавит – и объема уже хватит с учетом небольшого расширения по каемке. Но при определенных условиях и она треснуть сможет, либо деформироваться. Или если конус будет прямой (когда сверху кружка уже, чем снизу – такие тоже бывают, хотя и редко встречаются).
А вы оставьте кран шаровой на зиму с водой на улице. Разорвет. Хотя там сталь гораздо толще, чем у кружки.
———- Сообщение добавлено 21.04.2017 12:49 ———-
Если высота трубы существенно более диаметра – то ни от чего не зависит. Разорвет.
не проще воду слить от греха подальше?
Рози Активный участник
как труба из пластика выдержит лучше железной?..
Зуб, спасибо
вобщем, прогноз оптимистичный
С трубой из пластика как раз ничего и не будет. Если пластик правильный. Напр., пнд. Т.к. пластик меняет свои размеры без последствий, в отличии от металла, который разрывает.
Ps. Трубы пнд оставляю всегда с водой (и пласт.краны) – и ничего, все замерзает, потом размораживается, никаких проблем. А вот один раз метал. кран оставил, так его почти сразу от мороза разорвало (внутри вода была)
Страница 1 из 2
1 2 Вперёд >
Источник