Warum kann eine Dose, die sich nicht öffnen lässt, durch Klopfen auf den Boden geöffnet werden?

Essen Sie gerne diese Art von Obstkonserven in Glasflaschen? In der Vergangenheit, als materielle Dinge nicht im Überfluss vorhanden waren, waren derartige Konservennahrungsmittel eine seltene Delikatesse für Kinder. Bis heute lieben viele Menschen dieses Obst und der Geschmack von Dosenobst ist für sie zu einer Art gemeinsamer Kindheitserinnerung und spirituellem Trost geworden.

Es gibt eine Legende, die besagt, dass „gelbe Pfirsiche aus der Dose jedem Kind ein Segen sind“. Haben Sie den Geschmack in Erinnerung? Bildquelle: Xiaohongshu Konserven sind lecker, aber der Deckel lässt sich nur schwer aufschrauben, vor allem für Kinder mit weniger Kraft, die nur Erwachsene um Hilfe bitten können. Ich habe den Eindruck, dass Erwachsene, wenn sie auf eine Dose stoßen, die sich nicht öffnen lässt, die Dose normalerweise auf den Kopf stellen, auf den Boden klopfen und dann mit einem „Plopp“-Geräusch den Deckel lösen.

Durch Klopfen auf den Dosenboden lässt sich die Dose leichter öffnen. Bildquelle: sohu.com. Haben Sie sich als Kind beim Genuss des leckeren Konservenessens auch schon einmal gefragt, warum sich eine Dose, die sich nicht aufschrauben lässt, durch Klopfen auf den Boden ganz einfach öffnen lässt? Lassen Sie uns heute das Geheimnis lüften.

01 Die Kraft des Wassers ist nicht zu unterschätzen

Mit einer Hochgeschwindigkeitskamera können wir deutlich beobachten, was im Moment des Aufpralls passiert. Hier nehmen wir eine mit Wasser gefüllte Glasflasche und schlagen auf die Flaschenöffnung, um die Szene des Abschusses auf eine Dose zu simulieren.

Der Moment des Aufpralls, beobachtet mit einer Hochgeschwindigkeitskamera. Bildquelle: Internetvideo @ Beyond Slow Motion. Durch den schnellen Schlag bewegt sich die Flasche ein kurzes Stück nach unten. Aufgrund der Trägheit des Objekts bewegt sich das Wasser in der Flasche jedoch zunächst nicht mit der Flasche nach unten, sondern bleibt an seiner ursprünglichen Position. Zu diesem Zeitpunkt entsteht aufgrund der Trennung zwischen Flaschenboden und Wasser am Flaschenboden kurzzeitig ein Unterdruckbereich, der einem Vakuum nahekommt. Unter dem Einfluss des darüber liegenden atmosphärischen Drucks fließt das Wasser dann schnell nach unten und füllt diesen Bereich mit niedrigem Druck. Wenn das schnell fließende Wasser auf den Flaschenboden trifft, erzeugt die sofortige Verzögerung eine enorme Aufprallkraft, die den Flaschenboden zerbricht.

Aus einem anderen Winkel können Sie deutlich sehen, wie das Wasser auf den Boden der Flasche trifft. Bildquelle: Internetvideo @ Beyond Slow Motion

Was den Dosendeckel also wirklich öffnet, ist nicht der Schlag, sondern der Wasserfluss.

Wasser kann, obwohl scheinbar sanft, genug Kraft erzeugen, um dickes Glas zu zerbrechen. Dies ist eigentlich nicht ungewöhnlich und kann oft auch an anderen Stellen im Leben beobachtet werden. Wenn Sie beispielsweise den Hahn einer Wasserleitung schnell zudrehen, kann es sein, dass die Leitung heftig vibriert oder sogar ein dumpfes Geräusch von sich gibt.

Wenn Sie das Ventil plötzlich schließen, vibriert das Rohr, als ob es mit einem Hammer geschlagen worden wäre. Bildquelle: bilibili@科普记

02 Wasserschlageffekt wie eine Kettenreaktion

Wie beim Klopfen auf eine Dose oder beim Zudrehen eines Wasserhahns entsteht ein großer Druck auf die Außenwelt, wenn der schnelle Wasserfluss plötzlich durch äußere Einflüsse gestoppt wird. Denn Wasser hat eine schlechte Kompressibilität und kann sich nicht selbst puffern. Wir nennen dieses Phänomen den Wasserschlageffekt . Das ist vergleichbar mit einem Auto, das auf der Autobahn plötzlich bremst und dem Auto hinter Ihnen keine Zeit zum Reagieren lässt, sodass es nur noch auffahren kann.

Der Wasserschlageffekt ist wie eine Kettenreaktion, die durch plötzliches Bremsen verursacht wird. Bildquelle: bilibili@科普记

In einer Wasserleitung kann das plötzliche Schließen eines Ventils einen starken Druck verursachen, der zehn- bis hundertmal höher ist als der normale Druck, was zum Platzen der Leitung führen kann. Dies wird als positiver Wasserschlag bezeichnet. Gleichzeitig breitet sich die Stoßwelle in der Rohrleitung hin und her aus, verursacht heftige Vibrationen der Rohrleitung und beschädigt Ventile und andere Rohrleitungsgeräte, wodurch das gesamte Rohrleitungssystem gefährdet wird.

Wird das Ventil plötzlich geöffnet, wird der Wasserfluss freigegeben und der Druck in der Leitung sinkt schnell. Unter dem Einfluss des äußeren atmosphärischen Drucks kann das Rohr kollabieren. Dies wird als negativer Wasserschlag bezeichnet. Kurz gesagt: Unabhängig davon, ob es sich um einen positiven oder negativen Wasserschlag handelt, muss dieser während des Betriebs der Rohrleitung vermieden werden.

Heutzutage ist vielerorts ein Wasserschlagdämpfer an die Rohrleitung angeschlossen. Sein Hauptkörper besteht aus einem Kolben und einer Luftkammer. Die durch den Wasserschlageffekt verursachte Druckänderung in der Rohrleitung wirkt auf den Kolben und bewirkt, dass er sich im Lufthohlraum auf und ab bewegt, sodass der Luftdruck im Lufthohlraum und der Druck in der Rohrleitung ein dynamisches Gleichgewicht bilden , wodurch die Stöße und Vibrationen auf den Rohrleitungskörper verringert werden.

Um zu verhindern, dass Rohrleitungen durch Druckschwankungen beschädigt werden, können Wasserschlagdämpfer eingesetzt werden. Bildquelle: bilibili@冷科普

Der Wasserschlageffekt ist nicht völlig nutzlos. Manchmal muss man davon Gebrauch machen, beispielsweise bei Wasserschlagpumpen . Es kann den starken Druck nutzen, der durch den Wasserschlag entsteht, um Wasser von tiefer gelegenen zu höher gelegenen Stellen zu pumpen. Im Vergleich zu Pumpen mit anderen Arbeitsprinzipien bietet sie die Vorteile einer einfachen Struktur, geringer Wartungskosten und einer langen Lebensdauer.

Gleichzeitig kann der Wasserschlageffekt auch genutzt werden, um einen Hochdruckwasserstrahl zu erzeugen, der beispielsweise beim Reinigen, für Springbrunnen oder andere Zwecke eingesetzt werden kann.

Die Wasserschlagpumpe kann Wasser zur Verwendung an einen höher gelegenen Ort heben. Bildquelle: baijiahao Wenn Sie nach der heutigen Einführung das nächste Mal auf eine Dose stoßen, die sich nicht aufschrauben lässt, sollten Sie wissen, wie man sie elegant öffnet, oder? Aber denken Sie daran, dass Sie auf den Boden der Flasche klopfen sollten, nicht auf den Deckel. Andernfalls bricht der Boden, aber der Deckel lässt sich nicht öffnen, was peinlich wäre …

Autor: Wei Anran, Anwendungsingenieur, PhD in Mechanik, Shanghai Jiao Tong University

Planung & Bearbeitung: Regen

Quelle des Titelbildes: sohu.com