Вопрос - какова скорость волны в трубе с водой

Нужна помощь в решении задачи :

Дано:
Вы в ванне. В одном из концов (торцов) ванны произвели действие:
Хлопнули по воде, или ... взорвали гранату... - и видите, как волна идёт по ванне, можете измерить скорость волны, зная длину ванны и имея секундомер.

Изменения условий:
 на воду положили стекло, закрепили. Что тоже самое:
имеете трубу, заполненную водой.  В начале трубы произвели действие, вводящее дополнительную энергию в воду (хлопок, взрыв, толчок в податливый  торец, как в барабане).

Вопрос: с какой скоростью пойдёт волна энергии  в воде в трубе ?
С той же ли ?

...........
Фото: Солнце,  сфотографированое через фильтр.

Взято в комментарии со статьи сайта Юрия Мухина
"О масках Собянина и философии Катющика".   http://ymuhin.ru/node/2235

======

Продолжение текста в http://proza.ru/2020/10/21/576 - в сборнике Естествознание, там их пока - Четыре текста в цепочке.

но само "основное тело" рассуждений - в полемиках рецензий.


Рецензии
заглянем в ответ, чтобы легче вникнуть: "на поверхности мы получаем поперечную волну со скоростью около метра в секунду; а в трубе (под стекляшкой) мы имеем продольные волны распространяющиеся со звуковой скоростью".

и разложим по полочкам:

Мы не увидим под стеклом колебания водорослей - глаз наш не зафиксирует. Потому что: скорость звука в воздухе 350 м/сек, а в воде 1450 м/сек.

Но! В трубе или под стекляшкой передастся только звук от хлопка - продольные микроколебания молекул воды с соответствующей звуку частотой. Колыханий водной массы в трубе или под стекляшкой (как на поверхности вне трубы и не под стекляшкой) мы не получим. И сразу отметим, что поперечные волны, эти колыхания водной массы имеют очень малую, по сравнению со звуковыми колебаниями скорость, и не имеют к ней отношения.

Вода практически несжимаемая жидкость, чтобы колыхнуть её - переместить в трубе на какое-то расстояние - нужно большое усилие. Насос гонит воду по трубе, со скоростью около метра в секунду. Но это не волна, это текучесть.
Отметим! Труба это замкнутая система, а поверхность воды открытая система - в ней с обеих сторон километровые пробки воды. А поверхность воды открытая система - вода может колыхаться в "пустоту" сторону воздуха. Хлопнуть в трубе мы можем только петардой.

Если "хлопнуть" в воде глубинной бомбой, то мы получим взрывную (ударную, детонационную) волну, распространяющуюся со звуковой скоростью. И эта ударная волна повредит подлодку на расстоянии до 20 метров. А газы от взрыва не сместят воду в стороны, они вырвутся на поверхность высоким столбом (см. кинушку!).

Таким образом, хлопнув по воде в трубе и под стекляшкой, мы получаем "микроглубинную бомбу", а не "шторм" на поверхности, как про хлопках по воде без стекляшки.

если мы захотим сдвинуть воду в трубе взрывчаткой, мы разорвём трубу.

Если мы хлопнули по воде в месте не прикрытом стекляшкой, то мы получим до стекляшки поперечные волна, а под стекляшку уйдут уже продольные, т. е. звуковые ("ударные") волны.

При хлопке по воде без стекляшки мы получим поперечную волну и одновременно звук хлопка распространится со звуковой скоростью.

эксперимент: на другом берегу озера в полутора километрах в воду упал со скалы громадный камень. Звук (продольные волны) мы услышали через секунду, а
круговая поперечная волна если и дойдёт к нам, то аж через полчаса.

Рыбы согласны со мной - при шторме они уходят на глубину - там тишь и гладь - вода колыхается только у поверхности, где ей есть куда колыхаться. На глубине в океане господствуют только течения, но это, как мы условились, не волна.

Из Вашей переписки: "в сделанной нами трубе мы хлопнули по воде всё тем же предметом".
Хлопнуть мы сможем только снаружи по стенке трубы. А в воде внутри трубы хлопнуть можно только (я уже говорил) петардой. Даже если мы ударим внутри трубы кувалдой по наковальне - это будет звук, звуковые колебания (те же что и при ударе по трубе снаружи), а вовсе не колыхание воды в трубе.
===
Ответ в двух словах: на поверхности мы получаем поперечную волну со скоростью около метра в секунду; а в трубе (под стекляшкой) мы имеем продольные волны распространяющиеся со звуковой скоростью.

И никаких отождествлений продольных и поперечных волн!

А в ванной надо не по воде хлопать, а подружку по попе! )))

Евгений Нищенко   08.10.2020 20:11     Заявить о нарушении
т.Нищенко. - искренне благодарю.
Вы - Третий герой !
после Бабинцева - душевно ответившего первого (см рецензии ), после второго героя Кимяева уже ближе к сути вопроса отвечавшего, и есть ещё один почти герой Михаил Близнецов - тоже ответил в полемике, к сожалению - не заходя сюда http://proza.ru/rec.html?2020/10/06/1124

И это пока перечень всех геройских людей физики (естествознания) Прозы. Опрошены многие. Анонсы текста - обанкротили меня тратами. Но... вот уж и светать началО..

Георгий Сотула   08.10.2020 20:15   Заявить о нарушении
Евгений !
Полагаю, Вы соблаговолите дать ответы и на уточняющие вопросы.
У вас есть очень хороший в рецензии момент как пример : стекляшка позже свободной воды.
И вы говорите, что как только волна дойдёт до стекла (стекляшки) так перейдёт ... в звуковую волну. Вернее не это вы говорите, а говорите, что в трубе пойдёт только звуковая волна.

Вот и вопрос "нарисовался" :
А что же это не говорите, куда подевалась та обычная видимая волна, что называете термином "поперечная" ?
Проясните - что с ней происходит при её подходе к "стеклу" ?

Георгий Сотула   08.10.2020 20:23   Заявить о нарушении
В вашем опыте, я понял, стеклом накрыта поверхность воды в ванной - чтобы препятствовать возникновению поперечной волны на поверхности. а это аналог трубы.

Если вы ставите стекляшку поперёк, вертикально, на пути распространения поперечной волны, тогда поперечная волна погаснет, истратив свою энергию на микродеформации стекла - подобно тому, как волны гасятся у берега, или за мысом бухты, или за волноломом, или за бетонным брекватером бухты.

Георгий, несмотря на все мои смеху..чки, я пишу серьёзно. А ерничанье оттого, что у вас ошибка в условии задачи. Вы, как я уже упомянул, отождествили поперечную волну на поверхности и продольную волну в среде. А это разные вещи. Как есть разные вещи труба и ванна с водой.

Обрежьте трубу (с водой) и заварите срез металлическим листом, эдакой мембраной, подобной барабанной перепонке. И хлопайте по ней. И вы не получите неспешной волны, подобной волне на поверхности. От мембраны пойдут продольные звуковые волны. А излишняя энергия хлопка уйдёт на сопротивление мембраны, на ушиб ладони, частично перейдёт в тепловую энергию согревания воды в месте удара.

Впрочем, судя по вашему ответу, вы совершенно не приняли к сведению мои доводы. Поэтому дискутируйте в своё удовольствие вне стремления решить вопрос. Да и как решить задачу с ошибкой в условии?

Евгений Нищенко   09.10.2020 10:21   Заявить о нарушении
Моряки во времена парусного флоты, чтобы на время ослабить жуткие штормовые волны, выливали на поверхность моря ворвань - китовый жир. Это создавало на воде жировую плёнку, подобную нашей стекляшке, и энергия поперечных волн тратилась на деформацию этой плёнки. Волнение вокруг парусника на время стихало. Спасало ли это кого, не уточняется.

Если поперечная волна в нашей ванной доходила до положенного на воду листа стекла, то под стеклом волна гасла. Куда она девалась? - спрашиваете вы. Я уже писал - поперечная волна погибала - она тратила свою энергию на преодоление сопротивления стекла, на сопротивление окружающей воды в виде образования звуковых волн - некого подобия взрывных, ударных волн.
А вот ударные, взрывные волны от глубинных бомб имеют в основе сверхзвуковые принципы. Но это уже "специальная часть".

Евгений Нищенко   09.10.2020 10:46   Заявить о нарушении
Евгений, уверяю вас, соображения ваши о якобы моих ошибках - мне понятны.
И понятны и ваши ответы.
Но
По многому опыту (а никак по иной причине) желаю, чтобы в дискутировании мой собеседник мне задал вопрос чёткий с Да или Нет моим ответом, который бы выявил чёткую грань развилки в логике. Проявил разномнения и ... м.б. ошибочность чью то.

Или - тоже самое - сделал бы я моими вопросами в отношении собеседника. (Поскольку вы пока не трудитесь к Да или Нет)

Но последний мой вопрос к вам действительно нечёток в этом параметре. "Что с ней происходит при подходе к стеклу.."
Такой вопрос излишне широк, не чёток. Побуждает вас о слишком многом смотреть.
Но именно он гораздо "горячее" предидущего. Поясняю:

У вас. был один из вариантов: стекло позже "открытого пространства, но котором видна волна. Вот волна шла, подошла к стеклу (трубе)
И по-вашему дальше что ?
Она (по-вашему) в трубе уже "не поперечная" - т.е. нет у неё такой возможности двигаться и в поперек.
С этим пунком (нет у прежней волны возможности) соглашаюсь. Сейчас к нему не уточняю.

Спрашиваю вот что: как только волна вошла в трубу -

она превратилась в гораздо более быструю (1450 м\сек) звуковую ?

Георгий Сотула   09.10.2020 10:53   Заявить о нарушении
Чтобы создать сверхзвуковую (ударную) волну в такой несжимаемой среде как вода, требуется колоссальная энергия. Звуковые волны не требую особой энергии, с вот "хлопки" это уже подобие некой ударной волны и энергозатраты на них больше. Вот на это и расходуется энергия поперечной волны при встрече препятствия.

"Тогда я тщательно установил поросенка точно посреди аллеи и врезал ему такого пинка, что он вылетел с другого конца аллеи на тридцать футов впереди собственного визга" -- О. Генри. "Поросячья этика".

Так и наша поперечная волна, наткнувшись на стекло, превратится в звуковую волну и полетит дальше, опережая собственный визг.

Евгений Нищенко   09.10.2020 11:12   Заявить о нарушении
(И для внешнего читателя):
Правильно ли я понимаю, что на мой вопрос "она (волна) превратилась в ...звуковую"

Вы ответили более обширными фразами - "Да" ?

Георгий Сотула   09.10.2020 11:25   Заявить о нарушении
<<Спрашиваю вот что: как только волна вошла в трубу -
она превратилась в гораздо более быструю (1450 м\сек) звуковую?>>
Георгий, вы мастер запутывать вопросы!

Что значит <<стекло "позже" открытого пространства, но котором видна волна>>? Ниже??

вот труба наполовину в воде, т. е. в трубе сохранён внешний уровень. Тогда вопроса нет - поперечная волна пойдёт и дальше по поверхности воды внутри трубы (ну ослабнет там, ну исказится отражением от стен трубы, но это несущественно).

В другом случае труба под водой у поверхности, но ниже грницы межволновой впадины (там, где "живут" поперечные - в глубине они скрадываются, в глубине не штормит).
Поперечная волна срежется стенкой трубы и пойдёт дальше, но помимо трубы. В самой трубе поперечной волны не будет, там только пойдут звуковые волны от турбулентных шумов у края трубы. Часть энергии поперчной волны уйдёт на взаимодействие с краями трубы и т. п.

Если мы попытаемся создать макет для опытов, где поверхность воды в ванной идеально совпадёт с поверхностью воды в трубе, то трубу всё равно придётся погрузить ниже уровня воды в ванной - ориентируясь на межволновую впадину.

Но тогда:

Гребни волн будут захлестываться на трубу.
В трубу будут попадать "нижние межволновые пустоты", эдакие воздушные бульбы, и в ней будет чёрт те что, а не волна.

Чистоты опыта не получится.

Георгий, я для себя всё уточнил и разложил по полочкам.
"Да" или "нет" мы ответим на детекторе лжи в гнусненькой передачке "На самом деле", этой стервозной мадам Сабине.

Евгений Нищенко   09.10.2020 11:53   Заявить о нарушении
На вопрос "превратится ли она в звуковые волны" я бы ответил "Да", если бы она (поперечная волна) не израсходовала себя на ещё массу сопутствующих факторов - как-то: турбулентные завихрения, деформация препятствия, межмолекулярные трения с окружающей водой и т. п.

Евгений Нищенко   09.10.2020 12:00   Заявить о нарушении
Замечания-уточнения ваши в сооющении от 11:53 о уровне стекла полностью справедливые.

Отмечу в свою защиту: изначально в "Дано" задачи указал "кладём на поверхность".
Вами указанные ньюансы о горбах и впадинах - верны. И их можно технически решить: до жёсткого стекла плавает "по горбам волн " лёгкий полиэтилен.
Но такие многие доп решения увели бы читателя от сути.

А вот в 12:00 Вы отвечаете уже по сути. Но ещё не совсем точно. Говоря ... "если бы не израсходовала себя..."

Какая разница, что есть потери - если по сути говорить - зачем ссылаться на потери ?
Потери - нормально.
Суть же вашего ответа, непростого психологически (!) как оказалось в чёткости -
В том, что вы уже ЧЁТКО (или почти чётко) говорите о преобразовании прежней малоскоростной волны в высокоскоростную.

Я продолжу уточнения и к этому, если продолжится беседа.
Сейчас же отмечу вспомнившееся "психологическое":
Давно, когда телефонная связь была ещё не надёжная, была и инструкция:
Если вдруг разговор прервался, то перезванивать ДОЛЖЕН тот, кто позвонил. Логика: если сразу оба примутся перезванивать - толку не будет.

С вами, Евгений, меньше проблем (чему радуюсь) получить ответ на вопрос.
И к будущему (по аналогии с "кому перезванивать") отмечу:
Желательно выработать рефлекс:
Если встретил вопрос однозначный, то этично ответить на него СРАЗУ однозначно, и, только если есть позывы - ниже давать и свои уточнения, комментарии. Или сразу же указать на невозможность однозначного ответа на некий "лукавый" вопрос, который только пытается выглядеть однозначным.

Где то писал (наверное к полемике к моему "игра против игры") :

Вопрос жены пришедшему с работы мужу " будешь кушать борщ или суп ?"
- не правильный (м.б. лукавым), т.к. предшествовать ему должен вопрос "будешь ли кушать ?"

Собираюсь продолжить вопросы о собственно звуковой волне в трубе. Согласны продолжить отвечать ?

Георгий Сотула   09.10.2020 12:52   Заявить о нарушении
Если бы я знал ответ досконально, я бы ответил сразу. Но я ищу ответ логически рассуждая.

"Зачем говорить о потерях - они неизбежны".
Волна поперечная уже превратилась частично в звуковую волну, как только она зародилась и начала шуметь, плескать, хлюпать и "волна с волною говорит".

На срезе трубы поперечный поток (а это не волна!) может произвести звук, породить звуковые колебания, как если дуть косо в горлышко бутылки. Эдакий флейтовый звук!

Лёгкий полиэтилен не будет плавать на гребнях волн - он присосётся к поверхности воды и сгладит гребни волн, И вся красивая картина волн на воде пойдёт насмарку.

Ответ на Ваш, Георгий, вопрос я так и не дал. Поскольку задача поставлена изначально неправильно:
1. Труба на стыке двух сред (воды и воздуха) и такой трубе то же, что и на поверхности воды.
2. Труба под водой, но там нет поперечных волн.
3. Труба чуть ниже "активной зоны" образования поперечных волн: - там уже нет чётких поперечных волн, как таковых - там имеют место хаотические движения водной массы. И при сильном волнении это не волны, а реальные потоки-течения, способные притиснуть серфингиста ко дну так, что у того едва хватает дыхания вынырнуть.

На неправильную задачу ответ невозможен.

Всем спасибо! И Георгию особо, за толчок к размышлениям в нужную сторону!

Евгений Нищенко   09.10.2020 15:48   Заявить о нарушении
Евгений, и для читателей уточните:
1.
Ваше выше "Спасибо" - это нужно понимать как Ваш отказ от продолжения диалога ?

2. (О вашей фразе "Неправильная задача" сейчас не упоминаю, но прочёл с неким искренным интересом ( - нужно дождаться ответа на п.1.)

Если яснее скажете - вдруг услышу об окончании диалога - никаких обид. По прежнему - благодарю вас.

Сейчас читал статью Мухина "Правила поведения рабов мэра Москвы" - впечатляет подробностью логических шагов истцов.

Георгий Сотула   09.10.2020 16:39   Заявить о нарушении
диалог можно продолжить только в плане уточнения условия задачи.
ванна и лист стекла слишком бесформенно... и не безопасно!

Берём квадратную трубу, половина её без верха, она как жёлоб, как ванна; вторая половина - труба, как труба, только квадратная. Воды наливаем вровень с "крышкой" закрытой части трубы. чтобы вода не выплёскивалась, нарастим бортики открытой части трубы. Труба длиною хоть в километр, вода в трубе не течёт, нам это не нужно. Мы даже закроем её с двух сторон. Это у нас такая длинная ванна получилась. Опытная установка, наш водо-БАК (Большой Адронный Коллайдер)!)))

Взбаламутим теперь воду в открытой части. Куда денутся поперечные волны в закрытой части трубы? при том, что звуковые волны в закрытой части возьмут на себя ничтожную долю энергии поперечных волн?
А туда же, куда уходит энергия прибоя у скалистого берега. Волны открытой части трубы-ванной, натолкнувшись на стену несжимаемой воды на входе в закрытую трубу, поведут себя так же, как волны прибоя у берега. Энергия поперечных волн уйдёт на взбаламучивание воды у препятствия, на микродеформации стенок резервуара, на сотрясение воздуха, на те же звуки внутри трубы и прочие мелочи.

Возьмём другой пример. Озеро подо льдом, в средине полынья и по ней втер гонит волны. Куда эти волны денутся у кромки льда?
Устраивает Вас такая постановка вопроса?
Если да, тогда смею предположить, что подо льдом энергия волн потратится на те же микроколебания льда, не некоторые подвижки водной массы под ней. Ну и, соответственно, не без возникающих при этом звуковых волн.
Отброшенного камня энергия волн ничтожно неопределима, а вот если сильный ветер поднимет сильные волны и нагонит воды под лёд, то лёд ощутимо поднимется. но это уже не чистый опыт, поскольку речь уже не о волнах, а о течениях.
Для меня вопрос ясен. В ванну я с собой кусок стекла не потяну!)))

Евгений Нищенко   09.10.2020 21:00   Заявить о нарушении
Спасибо, Георгий!
С вашей подачи, разобравшись с трубой, переквалифицируюсь в сантехники! )))

Евгений Нищенко   09.10.2020 21:22   Заявить о нарушении
Евгений !
Жаль. Что "вопрос ясен" - в трубе всё интересное ТОЛЬКО начинается.
И стереотипные мнения бытующие от "физиков" - не верны.
К "уже в трубе" - я и пытался вывести, чтобы продолжить и далее.
Но давайте сделаем паузу.

Мне лично вы интересен и к тексту психологии, который пока ещё только предполагаю :
О трудности выражать личное мнение. (Хотя бы и к такому тексту - опыт же есть фактический о лишь единицах высказавшихся на Прозе, которых к общему количеству приглашённых (и персонально) нужно в микроскоп рассматривать)

Успеха Вам и в личных делах. И спасибо.

Георгий Сотула   09.10.2020 22:06   Заявить о нарушении
от трубы с водой физики уже шагнули к оптоволокну, но это настолько специальная физика, что философствованиям там нет места.

Евгений Нищенко   09.10.2020 22:33   Заявить о нарушении
На это произведение написано 6 рецензий, здесь отображается последняя, остальные - в полном списке.