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像这样的一个克莱因瓶(三维)能由底部的口装满水么?

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online_member 发表于 2019-6-6 21:34:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
像这样的一个克莱因瓶(三维)能由底部的口装满水么?

像这样的一个克莱因瓶(三维)能由底部的口装满水么?121 / 作者:目师 / 帖子ID:46756
online_member 发表于 2019-6-6 21:35:03 | 显示全部楼层
如果你是指图中的那个瓶子,那它就是一个瓶子,咱也不讲四维什么的,因为三维世界里不存在完整的四维物体,最多有个投影,所以图示瓶它就是个结构奇怪点的瓶子。
明确这一点,来看瓶子的结构,从底部装水,有两种方式,一个简单粗暴地把瓶子翻过去灌水,一个是正常放置把一根管子伸进去放水。
先看第一种情况,克莱因瓶是由瓶颈和瓶身组成,我画了一个等效图如下,灵魂画手吐槽轻点。
像这样的一个克莱因瓶(三维)能由底部的口装满水么?311 / 作者:fishbiscuit / 帖子ID:46756
考虑问题要全面,比如瓶颈穿过瓶壁处,密封是否完整,这个属于工艺问题。
假如密闭性不好,在左侧的瓶身对应处戳个洞,左右都连通大气,能装多少水取决于洞的位置高低,装满是没戏了。
假如瓶子密闭性完好,就是我画的那个图,从瓶颈那个口灌水,右侧水可以达到瓶颈最高处,只要一直灌。但左侧的瓶身会存留图示那么多空气,
像这样的一个克莱因瓶(三维)能由底部的口装满水么?856 / 作者:fishbiscuit / 帖子ID:46756
随着水位的上涨,空气被不断压缩,所占空间越来越小,但不会消失。所以右侧水装不下时,大概是这个样子
像这样的一个克莱因瓶(三维)能由底部的口装满水么?605 / 作者:fishbiscuit / 帖子ID:46756
分析受力,对于位于底部的水来说,左边是一定高度的水柱重力和压缩空气的压力,右边是比它高一点的水柱重力和大气压力,当压缩空气至两方受力平衡时,空气不再被压缩,整体达到受力平衡。瓶子里永远有空气,永远装不满。具体能装多少水是可以计算的,空气有水溶性虽然少但也可以考虑进去,做误差分析么。
最复杂的分析过去了,咱们接着说瓶子正放、管子伸进瓶子灌水的情况。瓶子不密闭,装到不密闭的地方;密闭,装到瓶颈拐弯的地方。
综上所述,装不满。
后来我又琢磨一下,如果我能把第一种情况压缩的空气给鼓捣出去,不就可以装满了吗?考虑可行性,有那种可以看到里面液体的最普通的打火机的朋友可以试试,能不能把液体装满其中一个隔断。按我小时候尝试的经验来说,液体够多就可以,微微倾斜使气泡滑上去。
所以最终结论是你想装满就能装满…我分析那么多白分析了?
online_member 发表于 2019-6-6 21:35:43 | 显示全部楼层
如果说像图片这样的一个克莱因瓶,如果条件允许的话,我觉得应该是可以装满水的。比如
用一根很细的软管从底部插入慢慢注水,最多能装到水平面与瓶子上部下管壁平齐(瓶子如图放置),然后把瓶子倒过来,底部口正面朝上,这时刚刚已经满的地方会进空气,但是可以把瓶管里装到水平面最高。所以重复多次,里面永远还是会有空气的,因此现实条件下永远装不满。但是如果条件允许,想象假如这个克莱因瓶是个弹性很好的软瓶,用一种力把它挤压到一个点(理想条件下,实际不可能),然后没入水中,假设弹性极好,它在水中恢复原来的形状,这时应该装满水了。
像这样的一个克莱因瓶(三维)能由底部的口装满水么?240 / 作者:badmanchan / 帖子ID:46756


(以上回答纯属个人观点,无实验依据)
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