Како да одгледувате дрвја вода повеќе од 10 метри
Атмосферскиот притисок е 10 метри вода (приближ.). Ова значи дека е невозможно да се подигне водата со притисок поголем од 10 метри со дејство на вшмукување или воздух (на земја, под нормални услови).
Постојат дрвја поголеми од 10 метри.
Како се крева водата до нивните врвови?
Со други зборови: како теоријата за кохезија може да биде вистинита ако се чини дека е спротивна на физичките закони?
Атмосферскиот притисок помага да се зголеми водата, не се спротивставува на зголемувањето. Она што се спротивставува е тежината на водата. Кога колоната за вода е висока 10 метри, атмосферскиот притисок повеќе не може да помогне.
Секој механизам на адхезија/кохезија не може да помогне тука, бидејќи дејствува само во тенкиот молекуларен слој. За да се пренесе силата на дејствување понатаму, потребен е притисок, што е недоволен на 10 метри.
Ако имавме капилар доволно мал за да ја кренеме водата на 10 метри и тогаш изградиме помали капилари што очекуваме да ја подигнат водата над, нема да успееме. Водената колона ќе се скрши и нема да се искачи повеќе од 10 метри.
Менискусот делува како мал клип и не може да му помогне на растечката вода поголема од 10 метри.
Заедничката дистрибуција на притисок на капиларите е како што следува:
$ P_0 $ е атмосферскиот притисок. Како што можете да видите, веднаш под менискусите, притисокот е намален за $ 2 \ сигма/R $ каде што $ R $ е радиус на менискусите и напнатоста на површината. Целиот поим се нарекува „Лапласов притисок“. Како што можете да видите, тој не може да го замени атмосферскиот притисок, бидејќи континуитетот на водата ќе биде прекинат во тој случај.
И.Е. ниту еден менискус не може да крева вода поголема од 10 метри.
Постоењето на повисоки дрвја покажува дека постојат и други значајни механизми, не адхезија/кохезија, ниту капилари.
Тековната верзија, како што ја разбирам, се заснова на изјава дека водата, ако се стави во форма на тенки капилари, може да се однесува како цврсто тело. Особено, може да издржи напон до минус 15 атмосфери.
Ова е отпор од бетон, затоа не мислам без дополнителни докази.
Мислам дека не е тешко да се направи тенка цевка, да се стави вода во неа и да се провери колку може да се искачи.
4 одговори
Одрекување: Ова не е моето поле на истражување.
Прво, ова не е целосен одговор на нашето прашање. Убаво објаснување за моменталната хипотеза за транспорт на вода кај дрвјата (теорија на кохезија-напнатост Диксон-olоли, првично предложена 1894 година) може да се најде во „Неверојатната физика на вода во дрвјата“, но исто така и во „Тајр“ (1997). Клучните точки се дека стомата (порите на површината на листот) се толку мали што менискусите можат да издржат огромни водни колони, дека водата има силни кохезивни сили и водата се транспортира со употреба на негативниот притисок што се создава со транспирација. Веб-страницата поврзана погоре содржи прекрасна визуелизација за тоа како мноштвото стомати и менискуси создаваат силни негативни притисоци:
Второ, голем дел од тековната дискусија во коментарите (индикација дека прашањето може лошо да одговара на Bio-SE?) Се врти околу веродостојноста на теоријата за кохезија-напнатост, и конкретно за тоа дали водата може да одржи силни негативни притисоци. Caupin & Herbert (2006) прегледуваат метастабилност и кавитација во вода (во физичко списание) и содржи експериментални резултати за негативни притисоци во вода. Весникот упатува на голем број експерименти под различни експериментални поставки (не можам правично да судам за нив). Во заклучокот наведуваат дека:
Меѓу безбројните искуства со кавитација, само оние кои се грижат особено за чистотата на водата можат да достигнат големи негативни притисоци; со различни техники, сите добиваат Pcav околу -25 MPa на собна температура (види слика 3 (б)), што е далеку од теоретската вредност (од -120 до -140 MPa). Постои еден забележителен исклучок: експериментите со минерални подмножества достигнуваат до -140 MPa. Големата разлика помеѓу овие податоци бара посебно внимание.
Значи, практично, теоретските проценки се на -130MPa и емпириските резултати на -25MPa (-250 атмосфери), а водата може јасно да достигне високи негативни притисоци. Ова исто така би значело дека сегашните проценки се многу повисоки од потребните за работа на теоријата на кохезиски стрес (атмосферски притисок = 0,1MPa, негативен притисок во колоната вода на 50m
Тие исто така имаат дел што специјално дискутира за дрвјата:
7.1. Вода во природата
Законот за хидростатика нè учи дека падот на притисокот во 10,2 м вода колона е 0,1 MPa. Ова го нагласува фактот дека може да се постигнат негативни притисоци во растечкото семе на високи дрвја. Всушност, дополнителните ефекти (вискозен проток, суша) го прават притисокот во естрихот негативен дури и на пониска надморска височина. Теоријата на кохезија на напнатост, прва предложена од Диксон и olоли [56], објаснува дека колоната за естрих е поддржана од менискусот во порите на листот: според законот на Лаплас, искривувањето на менискусот овозможува скок на притисок помеѓу надворешниот воздушен притисок и негативниот притисок во млеко Дрвјата на тој начин содржат големи количини на метастабилни течности. Понекогаш може да се појави кавитација, нарушувајќи ја колоната на течности и запирајќи го протокот (емболија на ксилема). Сложената хидраулична архитектура на дрвјата ја ограничува штетата и постојат стратегии за пополнување на ембрионалните канали на ксилемата. Многу работи се посветени на оваа тема и се разгледани во Препораките. [110 111].
Друг неодамна објавен напис што треба да биде релевантен е „Методи за мерење на ранливоста на растенијата кон кавитација: критички преглед“ од Кочард и сор. (2013), но немав време да го разгледам ова внимателно. Погледнете го резимето подолу:
Еве Veritasium на YouTube има објаснување што е идентично со коментарот на @ AlanBoyd.
Мета-стабилната течност може да има негативен притисок.
Друго појаснување: ова не е моја област и не сум компетентен да судам за содржината на трудот што го пишувате.
Погоре реков дека нема да дадам друг придонес, но најдов нешто што заслужува да се сподели во овој контекст и што го комплетира одговорот од @fileunderwater
Овој труд вклучува моделирање, бесплатни пресметки на енергијата и експериментирање со овој проблем. Математиката е далеку од мене, но тие доаѓаат до многу интересен заклучок, имено дека иако едно дрво не може да започне од позиција без течност во ксилемата, а потоа да се наполни до врвот, може да започне многу мало и да порасне висина што може да се одржи со едноставно капиларно дејство и до 100 m, се додека водената колона никогаш не се скрши.
Хартијата стои зад послужавник, но јас репродуцирам подолу што е во суштина делот за дискусија. Иако ова дава вкус на делото, морам да нагласам дека претставува многу заматен теоретски третман на проблемот и вреди да се разгледа.