Cuando se llena una botella, ¿por qué el nivel después de un desbordamiento es más bajo que la parte superior?

Question

Cuando lleno una botella de agua desde un grifo (dirigiendo el flujo del grifo para que entre completamente en la botella), si lo cronometro correctamente puedo cerrar el grifo para que la botella se llene hasta el borde.

Si lo sincronizo mal y el agua se desborda, y luego cierro el grifo, el nivel resultante en la botella está por debajo del borde, a menudo por un margen considerable.

El mismo efecto se puede observar al llenar una olla o un bol, por lo que no parece ser la forma del recipiente. Mi instinto me dice que algo relacionado con la viscosidad o la tensión superficial hace que parte del agua se lleve con el desbordamiento, pero no tengo el conocimiento para saber si esto tiene sentido.

¿Qué está sucediendo aquí?

Answer 1

Existen dos efectos que reducen el nivel final del agua:

1. Energía cinética del agua
2. Burbujas de aire atrapadas en el agua

Cuando el agua se vierte en la botella y luego sale de ella, no gira inmediatamente en la superficie. En cambio, la energía cinética del agua hace que fluya bastante profundo en la botella, luego gire y vuelva a fluir hacia arriba.

Cuando cesa el flujo entrante, el agua restante en la botella aún conserva esa energía cinética, y seguirá fluyendo hacia arriba y sobre el borde durante un corto período de tiempo.

Dependiendo del grifo, el flujo de agua suele tener también burbujas de aire atrapadas, lo que hace que parezca blanco en lugar de claro. Una vez que cesa el flujo, las burbujas más grandes suben rápidamente a la superficie y estallan, disminuyendo aún más el nivel del agua.

Solo por diversión, grabé un video de cámara lenta llenando una botella (reducido 8 veces). Con mi grifo, parece que la contribución de las burbujas de aire es bastante grande.

Answer 2

Podrías tener razón acerca de la tensión superficial llevando un poco de agua extra con la que se desborda.

También se formaría una onda en la superficie del agua, comenzando desde el centro, debido a la perturbación del agua entrante. Cuando esto se detiene, la onda continúa y las crestas serán más altas que la superficie promedio y pueden llevar más agua sobre el borde.

Answer 3

Te recomiendo que leas primero la edición a continuación

Permíteme explicar un poco lo que sucede cuando llenas la botella. Cuando el agua del grifo golpea el nivel del agua, la superficie del agua se vuelve turbulenta. Así se forma una onda transversal. Hay un valle en el punto donde el agua golpea. Por lo tanto, la parte media siempre está por debajo del borde. Como resultado, más agua se va cerca del borde.

Entonces veamos tu observación. ¿Qué quieres decir cuando dices que apagas el grifo en el momento justo? Significa que estás reduciendo la velocidad del agua cuando el nivel del agua llega al borde. Así que el agua golpea la superficie más lentamente cuando la botella está cerca de llenarse. Entonces la amplitud de la onda transversal se vuelve más pequeña. Así que la parte media del agua también se eleva un poco más que antes. Luego casi está llena.

Pero, ¿qué pasa si no apagas el grifo después de que la botella se llena por completo y ves que el agua se desborda? Luego te apuras y apagas el grifo rápidamente. Para ese momento, la amplitud de la onda es la misma. No tiene tiempo de volverse más pequeña. Por lo tanto, no hay tiempo de llenar la parte media. Por lo tanto, el nivel del agua está por debajo del borde. ¡Así que si apagas el grifo incluso cuando el agua se desborda, aún puedes llenar la botella hasta el borde!

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EDICIÓN:

Sin embargo, tienes razón al decir que esto se puede explicar con ayuda de la tensión superficial. Pero es más fácil demostrarlo de la siguiente manera: Toma una tapa de botella y vierte agua lentamente en ella. Cuando sientas que el agua está a punto de desbordarse, deja de llenarla. En este momento, la superficie del agua debería tener forma convexa, si la llenaste hasta el borde. Ahora esparce un poco de polvo de oro (o algo similar) sobre la superficie del agua. Ahora deja caer la última gota crucial. Si alguien hace esto por primera vez, podría esperar que la misma cantidad que la última gota se desborde. Pero en realidad observará que más agua se va, con más polvo de oro.

Ahora analicemos. Cuando llenaste la tapa hasta el borde, significa que la tensión superficial es máxima. Entonces, si agregas otra gota, la tensión superficial se romperá. Entonces el agua se desbordará. Pero las partículas de agua drenante no se van solas. También arrastran las partículas de agua cercanas a ellas. La razón son las fuerzas cohesivas y adhesivas entre las moléculas de agua entre sí y las moléculas de agua en la superficie exterior de la tapa. Eventualmente se drenará más agua.

Finalmente,

Nota Especial: ¡Conserva agua apagando el grifo en el momento adecuado :)

Answer 4

Acabo de llenar recipientes de vidrio, plástico y metal con agua. Al terminar con un pequeño chorro suave, logré alcanzar un nivel final de agua que estaba por encima del borde de cada recipiente. He escuchado que esto se atribuye a la tensión superficial. Yo atribuiría cualquier otro resultado al momento del flujo entrante.