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El agua que fluye de un buque con lados curvos

Supongamos que se perfora un orificio de forma perpendicular en el lado del vaso que está lleno hasta el borde con un líquido (digamos de agua). Esto dará como resultado en el agua de los que salen, que viaja en una trayectoria parabólica y golpear la superficie sólida y plana (por ejemplo, una mesa) el vaso está descansando.

Para un vaso cilíndrico, la distancia a la que el agua las tierras de la base del vaso depende de la altura a la que el agujero se taladra. Resulta que taladrar el agujero en la mitad de la altura total de la columna de agua que maximiza la distancia de los canalones de agua.

Supongamos ahora que, en lugar de un vaso de precipitados con lados verticales; su vertical de la sección transversal es curvo (como una copa de vino). La distancia desde la base de que el agua las tierras que ahora es más difícil de calcular, porque deja el vaso de precipitados de viajar en un ángulo.

¿Un vaso de precipitados de existir que la propiedad de que, independientemente de donde está el agujero se perfora, la tromba de agua se golpeó la mesa, a la misma distancia de la base del vaso? Si es así, ¿qué ecuación algebraica (si cualquier) define la vertical de la sección transversal del vaso de precipitados?

Nota: para los propósitos de este problema, ignorar la dinámica de fluidos del agua y la resistencia del aire. Estoy previendo un vaso de precipitados con una circular horizontal de la sección transversal. El problema sólo se aplica al punto de la tromba de agua inicialmente éxitos.

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Jens Puntos 97

Dado que su hipótesis (no hay resistencia del aire, etc) y que la velocidad de flujo de la siguiente manera Torricelli de la ley y es perpendicular al vaso de la superficie (gracias Rahul), vasos de precipitados puede existir. A continuación es un ejemplo, donde el lado del vaso de precipitados se muestra en rojo y ejemplos de los canalones de agua se muestra en la discontinuas azules.

Beaker with water spouts

Estrictamente hablando, el vaso solo cumple con los requisitos en el 95% de su altura como por el 5% eran sólo mantiene vertical. La razón de esto es que en la parte superior de la velocidad de flujo se convierte en 0 y el resultado sería mucho menos interesante problema.

La forma del vaso del lado del que se llegó a mediante el establecimiento de las ecuaciones de la ley de Torricelli y el movimiento de proyectiles y luego manualmente "manipular" los ángulos hasta que los resultados correctos en la actualidad. No sé si una función para esta curva se puede derivar analíticamente, pero Excel proporciona la siguiente de "mejor ajuste" polinomio (tenga en cuenta que tiene la altura de $Y$como entrada): $$X=-0.0000270647*Y^6 + 0.0006428505*Y^5 - 0.0057240747*Y^4 + 0.0232746382*Y^3 + 0.0122432012*Y^2 - 0.1534098297*Y - 2.8075911701$$

Un último comentario: Probablemente la más importante base para la determinación de la forma del vaso (aparte de las ecuaciones mencionadas anteriormente) es determinar a qué distancia del vaso de precipitados se desea que todos los caños a golpear. El factor limitante aquí es claramente el débil (baja velocidad) caños en la parte superior del vaso de precipitados. Me decidí a hacer el acto de golpear igual a la distancia horizontal pico en $5$% por debajo de la parte superior podría reunir (ver parte superior de la boquilla en el diagrama). La gama de los caños en la parte superior puede ser extendido por el ángulo por encima de la horizontal, pero no por mucho.

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Usted menciona en su comentario de que te hubiera gustado ver el vaso de la forma en que aun los muy superior cumple con los requisitos, así que aquí está. El mejor ajuste del polinomio de la ecuación está disponible bajo petición.

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