데카르트 다이버

Cartesian diver
부유식 및 침하식 시연(데카르트 다이버).튜브는 물과 공기로 가득 차있습니다.병을 누를 때 추가 물이 시험관으로 들어가므로 시스템 튜브-물-공기의 평균 밀도가 증가하여 부력이 마이너스가 되고 튜브가 가라앉습니다.
춤추는 데카르트 데빌
튀링겐 숲 라우샤에서 온 핸드 블로우 유리 장난감
병속에

데카르트 다이버 또는 데카르트 데빌은 부력의 원리(아르키메데스의 원리)와 이상 기체 법칙을 보여주는 고전적인 과학 실험입니다.Raffaello Magioti는 1648년에 출판된 그의 책 Renitenza certissima dell'acqua ala compressione (압축에 대한 물의 매우 확고한 저항)에서 이 장치에 대한 최초의 기술을 제공했습니다.이 장난감은 르네 데카르트가 발명했다고 전해지는 장난감의 이름은 르네 데카르트가 만들었다고 합니다.[citation needed]

이 원리는 종종 "워터 댄서"나 "워터 데빌"이라고 불리는 작은 장난감을 만드는데 사용됩니다.원리는 동일하지만, 안약은 대신 거의 중성에 가까운 부력의 관, 예를 들어, 블로우-글라스 버블과 같은 성질을 가진 장식용 물체로 대체됩니다.유리거품의 꼬리에 꼬임이 주어지면, 유리거품에 들어가고 나오는 물의 흐름은 스핀을 만들어냅니다.이것은 장난감이 가라앉고 올라가면서 회전하게 합니다.이러한 장난감의 예로는 여기에 나와 있는 빨간 "악마"가 있습니다.이 장치는 액체의 압력을 측정하는 실용적인 용도도 가지고 있습니다.

플라스틱 다이버들은 1950년대에 미국 시리얼 박스에서 공짜 장난감으로 주어졌고, 켈로그의 프로스트 플레이크 마스코트인 토니 더 타이거를 본떠 만든 장난감의 버전인 "다이빙 토니"는 1980년대에 출시되었습니다.

실험설명

마시는 빨대, 종이 클립, 플라스틱 병으로 만든 데카르트 다이버 장난감
  1. 빨대 안에 갇힌 공기는 다이버를 약간 부력 있게 만들어서 떠다닙니다.
  2. 병을 짜면 수압이 높아지고, 거품이 줄어들면 잠수부의 밀도가 높아져 가라앉습니다.

이 실험은 "다이버"인 큰 물이 채워진 병을 필요로 하는데, 그 안은 한 쪽 끝에 열려 있는 작고 단단한 튜브로, 공기가 충분히 들어 있어 거의 중성적으로 부력이 있지만, 물에 거의 완전히 잠겨 있는 동안 맨 위에 뜰 정도로 충분히 부력이 있습니다.두 개의 대안적인 "다이버"를 구성할 수 있습니다.하나는 밀봉되었지만 유연한 전구이고, 다른 하나는 양모 나사산이 아래에 있는 밀봉된 유리 전구(플래시라이트에서 금속 베이스 제외)입니다.신축성이 있는 것은 부피를 줄여주고, 고체 유리는 변하지 않지만 기포가 섬유에 갇혀 압력에 노출되어 부피가 변화합니다.

"다이빙"은 더 큰 용기의 유연한 부분이 안쪽으로 눌러지면서 더 큰 용기 내부의 압력을 증가시켜 압력이 방출될 때까지 "다이버"가 바닥으로 가라앉게 할 때 발생합니다.유리병처럼 용기가 단단할 경우 병을 밀봉하는 코르크 마개가 안쪽으로 누르거나 바깥쪽으로 당겨집니다.

타원형 병 안에
더블 액션 다이버[1]

다이버에는 공기가 충분히 있어서 다이버가 부력을 충분히 발휘할 수 있습니다.그러므로 다이버는 수면에 떠다닙니다.파스칼의 법칙에 따라, 기밀 용기를 쥐어짜면 공기의 압력이 증가하고, 그 일부가 기밀 용기의 "벽"을 구성하는 물에 작용합니다.이 물은 다시 다이버 내부의 공기 기포에 추가적인 압력을 가하는데, 다이버 내부의 공기는 압축 가능하지만 물은 비압축성 유체이기 때문에 공기의 부피는 감소하지만 물의 부피는 증가하지 않습니다.다이버 외부의 압력이 다이버에 이미 있는 물을 더 안쪽으로 강제하고 b) 다이버 외부의 물을 다이버 내부로 몰아 넣도록 합니다.일단 공기 방울이 작아지고 더 많은 물이 다이버로 들어가면 다이버는 자신의 무게보다 더 적은 무게의 물을 대체하기 때문에 부력이 마이너스가 되어 아르키메데스의 원리에 따라 가라앉습니다.용기에 가해지는 압력이 방출되면 공기가 다시 팽창하여 변위된 물의 무게가 증가하고 다이버는 다시 부력이 되어 떠다닙니다.

변위된 물의 무게가 다이버의 무게와 정확히 일치한다면 상승하거나 가라앉지 않고 용기 중앙에 떠 있을 것이라고 생각할 수 있습니다. 그러나 실제로는 이러한 현상이 발생하지 않습니다.어떤 지점에서 그러한 상태가 존재한다고 가정할 때, 다이버가 현재 깊이에서 이탈하는 것은 아무리 작더라도 다이버의 물 위에 있는 물의 무게 변화로 인해 다이버의 기포에 가해지는 압력을 변화시킬 것입니다.이것은 불안정한 평형입니다.만약 다이버가 아주 작은 양이라도 상승한다면, 거품에 대한 압력은 감소하고, 팽창할 것이고, 더 많은 물을 방출할 것이고, 다이버는 더 긍정적으로 부력을 갖게 될 것이고, 더 빠르게 상승할 것입니다.반대로 다이버가 가장 작은 양만큼 떨어지면 압력이 증가하고 거품이 수축하여 추가적인 물이 유입되고 다이버는 부력이 떨어지게 되며 물의 압력이 더 올라갈수록 낙하 속도가 빨라지게 됩니다.이 양의 강화는 시스템의 무작위 열 변동으로 인한 평형 이탈을 증폭시킬 것입니다.다이버가 표면에서 뜨거나 바닥으로 가라앉을 수 있는 일정한 압력의 범위가 존재하지만 액체의 몸체 내에서 장시간 떠다니려면 지속적인 압력 조작이 필요합니다.

타원형 플라스틱 병 안에 있는 다이버들은 새로운 흥미로운 성질을 얻습니다.실제로 타원형 병은 압축할 때 부피가 커질 수 있는데, 이렇게 되면 익사한 잠수부가 올라갈 수 있습니다.[1]

메모들

  1. ^ a b c Panov (2018), pp. 11−16

외부 링크

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