¿De qué manera fluye el agua?

Artículo del viernes sobre la colisión de una tarea de entrevista con el mundo real.



Hay un problema bastante conocido: frente a usted hay una tubería de metal con agua que fluye dentro. ¿Cómo determinar de qué manera fluye? Todavía se le puede pedir en entrevistas.



Ya se han pasado muchos problemas con una formulación inexacta, averigüemos qué está mal con esta tubería.



La solución esperada es calentar la tubería y ver en qué dirección se extenderá el calor. Pero aquí hay muchos matices adicionales. Como regla general, se supone que se calentarán con un quemador de gas. Incluso hubo una restricción de que puede tener cualquier artículo con un valor de hasta cien rublos, lo que hace que el problema sea prácticamente irresoluble de esta manera, pero más sobre eso más adelante.



Primero, debe asegurarse de que la temperatura del agua sea lo suficientemente baja como para tocarla. Bueno, más precisamente, para que puedas entender la diferencia entre "muy caliente" y "muy, muy caliente". Es difícil decirlo con certeza, pero apenas supera los 50 grados Celsius.



En segundo lugar, debe asegurarse de que el agua fluya a una velocidad mucho mayor que la tasa de propagación del calor en el agua. Por ejemplo, a una velocidad de flujo de 1 mm / s, es poco probable que comprenda dónde se mueve el agua o si se mueve en absoluto.



En tercer lugar, debe asegurarse de que el agua no fluya a una velocidad demasiado alta. De lo contrario, simplemente no tendrá tiempo para calentarse lo suficiente.



La sensibilidad de la temperatura humana a las diferencias de temperatura es de aproximadamente un grado. Con base en la capacidad calorífica del agua ~ 4.2 kJ / kg, obtenemos que por gramo de agua que fluye debemos transferir en la región de 4.2 Joules para poder sentir la diferencia de temperatura.



Supongamos que al calentar la tubería con algún tipo de quemador, transferimos a la tubería aproximadamente la mitad del calor del combustible combustible. Esta es una suposición bastante generosa, por ejemplo, las buenas calderas de gas tienen una eficiencia en la región del 95%.



El caudal en un suministro de agua fría convencional es de aproximadamente 1 m / s. Para una tubería ordinaria de 1/2 ", digamos en un baño, esto dará un caudal de aproximadamente 200 g / s. Nos basaremos en estas cifras para tener una idea del tamaño que debe tener la tubería de modo que al caudal habitual podamos determinar su dirección.



Vayamos con las cartas de triunfo. Suponga que tiene un buen soplete de soldadura, acetileno y oxígeno para resolver el problema. El consumo del quemador es de aproximadamente un kilogramo de acetileno por hora, el calor de combustión es de aproximadamente 50 MJ / kg. En consecuencia, obtenemos aproximadamente 13888 J por segundo, teniendo en cuenta la baja eficiencia de la tubería, se transferirán aproximadamente 7000 de ellos. En principio, puede calentar una tubería un grado con un paso de 1,7 kg de agua por segundo.



Bueno ... La solución parece funcionar. Pero seamos realistas, la mayoría de los programadores nunca han tenido una máquina de soldar en sus manos. Y mirar la arquitectura de algunas aplicaciones es lo mejor. Suponga que un quemador de gas normal con un cilindro reemplazable, como el que se usa para encender el carbón de la cachimba, se usa como dispositivo de calentamiento. El consumo de gas es de aproximadamente 100 g / h. Para simplificar el cálculo, tomamos el mismo calor de combustión del propano, es decir, 50 MJ. Podemos obtener 700 J por segundo. Esto es suficiente para calentar 170 gramos de agua.



Ya no parece tan prometedor. Si se coloca una manguera en el extremo más alejado de esta misteriosa tubería y mi abuela vierte tomates, es decir, el flujo de líquido a través de la tubería es prácticamente ilimitado, entonces ya no podremos entender la dirección del flujo. La abuela tendrá que pellizcar ligeramente la manguera con el dedo para que la tarea se pueda resolver.



En general, la condición implicaba que un solicitante inteligente tomaría un encendedor y calentaría la pipa. No pude encontrar tasas de consumo de gas para encendedores en ninguna parte. Probablemente, a nadie se le ocurrió hacer tales cambios.



Tomemos los datos de los soldadores de gas. Definitivamente, este es un dispositivo más poderoso que un encendedor, pero tomemos estos números para el cálculo. Un soldador a gas consume aproximadamente 20 ml / hora, es decir, aproximadamente 10 g / hora. Esto quiere decir que con su ayuda podremos calentar unos 17 gramos de agua por segundo a un grado.



17 g / s es muy poco. Para tal flujo, un consumidor muy modesto, por ejemplo, una máquina de refrescos, debe estar conectado a la tubería. Además, esta no es la misma máquina que en un centro comercial: cinco segundos y medio litro está listo. Es una máquina que vierte el vaso muy despacio, con la solemnidad propia de la ocasión.



Resumiendo todo lo anterior, el problema debería plantearse de la siguiente manera:



Estás en un campo sin fin. Aquí hay una tubería de metal que no es más que una tubería de plomería estándar. El agua fluye a temperaturas no superiores a 50 grados Celsius, a una velocidad de no más de 1 m / sy no menos de 1 mm / s. No puede llegar al principio y al final de esta tubería. ¿Qué elemento necesita para determinar la dirección de movimiento del fluido?



Suena bastante tonto. Y también omitimos aclaraciones absolutamente estúpidas como el hecho de que la tubería no está hecha de galio, la temperatura alrededor no es de -190, la atmósfera no consiste en gas explosivo, o no estás reencarnado en una ardilla listada.



Para resolver un problema de alguna manera cercana a las condiciones reales, necesita un equipo muy serio. Por cierto, probablemente no sepa cómo trabajar con.



Como en todos los problemas de lógica, las convenciones aquí son simplemente innumerables. Incluso si toma el problema con un lobo, una cabra y un repollo, ¿cómo es posible? ¿Estás desnudo, parado en la orilla del río, frente a ti todo esto bueno y necesitas cruzar? Oh, sí, las orillas del río están hechas de adamantium, por lo que no adivinarías si debes enterrar el repollo. En tal situación, cualquier persona normal pensará en primer lugar si debe llamar a un ordenanza.



Ya lo hemos descifrado arriba, por lo que una persona normal imagina con la frase "tubería con agua", la solución térmica es prácticamente inaplicable. Al menos si no tiene accidentalmente un quemador y dos cilindros con usted.



Sin embargo, se pueden pensar en varias otras soluciones. Además, no sin restricciones, pero de aplicación más amplia.



Opción térmica, pero "inversa": sople la tubería con dióxido de carbono de un extintor de incendios y observe cómo se derrite la escarcha.



Puede poner un diapasón en la tubería y escuchar el sonido a la izquierda y a la derecha. En la dirección del movimiento fluido, el sonido se extenderá más. Aquí, sin embargo, se necesitan velocidades suficientemente altas. Para velocidades muy altas, incluso puede escuchar el efecto Doppler.



Los candidatos especialmente poderosos pueden simplemente patear la tubería y ver en qué dirección la onda decae más rápido.



Con una fuerza de sujeción ajustable, puede apretar la tubería para reducir el paso y luego medir la fuerza requerida para comprimirla en ambos lados de la constricción.



En general, hay soluciones. Pero bastante extraño para una tarea tan simple. Y todos son más difíciles que lo obvio: llegar al final de la tubería. En el mundo real, no se producen interminables tuberías. Además, cuando es importante, la dirección de movimiento del fluido se indica durante la instalación. E incluso hay válvulas para evitar el movimiento de la espalda.



Desafortunadamente, estas tareas no dirán nada sobre el candidato. Bueno, además del hecho de que le encanta resolver acertijos en su tiempo libre.