Para onde flui a água?

Artigo de sexta-feira sobre a colisão de uma tarefa de entrevista com o mundo real.



Há um problema bastante conhecido - na sua frente há um cano de metal com água fluindo por dentro. Como determinar de que forma ele flui? Ainda pode ser solicitado por você em entrevistas.



Muitos problemas com formulação imprecisa já foram passados, vamos descobrir o que há de errado com este cachimbo.



A solução esperada é aquecer o tubo e ver em que direção o calor se espalhará. Mas existem muitas nuances adicionais aqui. Como regra, presume-se que eles irão aquecer com um queimador a gás. Havia até uma restrição de que você pode ter qualquer item no valor de até cem rublos, o que torna o problema praticamente insolúvel dessa forma, mas mais sobre isso depois.



Primeiro, você precisa ter certeza de que a temperatura da água está baixa o suficiente para ser tocada. Bem, mais precisamente, para que você possa entender a diferença entre "muito quente" e "muito, muito quente". É difícil dizer com certeza, mas é improvável que seja superior a 50 graus Celsius.



Em segundo lugar, você precisa ter certeza de que a água flui a uma velocidade muito maior do que a taxa de propagação de calor na água. Por exemplo, a uma taxa de fluxo de 1 mm / s, é improvável que você entenda onde a água está se movendo ou se ela está se movendo.



Em terceiro lugar, você precisa ter certeza de que a água não flui em uma velocidade muito alta. Caso contrário, ela simplesmente não terá tempo para se aquecer o suficiente.



A sensibilidade da temperatura humana às diferenças de temperatura é de aproximadamente um grau. Com base na capacidade de calor da água ~ 4,2 kJ / kg, obtemos que por grama de água corrente devemos transferir na região de 4,2 Joules para poder sentir a diferença de temperatura.



Suponha que, ao aquecer o tubo com algum tipo de queimador, transferamos para o tubo cerca de metade do calor do combustível. Esta é uma suposição bastante generosa, por exemplo, boas caldeiras a gás têm uma eficiência na região de 95%.



A vazão em um abastecimento convencional de água fria é de aproximadamente 1m / s. Para um tubo comum de 1/2 ", digamos em um banheiro, isso dará uma taxa de fluxo de cerca de 200 g / s. Contaremos com esses números para ter uma ideia do tamanho do tubo para que possamos determinar sua direção com a taxa de fluxo normal.



Vamos com os trunfos. Suponha que você tenha uma boa tocha de soldagem, acetileno e oxigênio para resolver o problema. O consumo do queimador é de cerca de um quilograma de acetileno por hora, o calor de combustão é de cerca de 50 MJ / kg. Dessa forma, obtemos cerca de 13888 J por segundo, levando em consideração a baixa eficiência, cerca de 7000 deles serão transferidos para o tubo. Em princípio, você pode aquecer um tubo em um grau com uma passagem de 1,7 kg de água por segundo.



Bem ... A solução parece funcionar. Mas vamos encarar os fatos, a maioria dos programadores nunca teve uma máquina de solda em suas mãos. E olhar para a arquitetura de alguns aplicativos é o melhor. Suponha que um queimador de gás convencional com um cilindro substituível, como aquele usado para acender o carvão do narguilé, seja usado como um dispositivo de aquecimento. O consumo de gás é de aproximadamente 100 g / h. Para simplicidade de cálculo, tomamos o mesmo calor de combustão do propano, ou seja, 50 MJ. Podemos obter 700 J por segundo, o suficiente para aquecer 170 gramas de água.



Não parece mais tão promissor. Se uma mangueira for colocada na extremidade desse misterioso cano e minha avó derramar tomates, ou seja, o fluxo de líquido pelo cano é praticamente ilimitado, não seremos mais capazes de entender a direção do fluxo. A avó terá que apertar levemente a mangueira com o dedo para que a tarefa seja resolvida.



Em geral, a condição implicava que um candidato inteligente pegaria um isqueiro e aqueceria o tubo. Não consegui encontrar taxas de consumo de gás para isqueiros em nenhum lugar. Provavelmente, nunca ocorreu a ninguém fazer tais mudanças.



Vamos pegar os dados sobre ferros de solda a gás. Definitivamente, este é um dispositivo mais poderoso do que um isqueiro, mas vamos usar esses números para cálculo. Um ferro de soldar a gás consome aproximadamente 20 ml / hora, ou seja, aproximadamente 10 g / hora. Isso significa que, com sua ajuda, seremos capazes de aquecer cerca de 17 gramas de água por segundo em um grau.



17 g / s é muito pouco. Para tal fluxo, um consumidor muito modesto, por exemplo, uma máquina de refrigerante, deve ser conectado ao tubo. Além disso, esta não é a mesma máquina de um shopping center - um copo de cinco segundos e meio litro está pronto. É uma máquina que despeja um copo muito devagar, com uma solenidade adequada à ocasião.



Resumindo tudo o que foi dito acima, o problema deve ser colocado da seguinte forma:



Você está em um campo infinito. Aqui está um tubo de metal não mais do que um tubo de encanamento padrão. A água corre nele a temperaturas não superiores a 50 graus Celsius, a uma velocidade não superior a 1 m / se não inferior a 1 mm / s. Você não pode alcançar o início e o fim deste tubo. Qual item você precisa para determinar a direção do movimento do fluido?



Parece muito bobo. E também omitimos esclarecimentos absolutamente estúpidos, como o fato de que o tubo não é feito de gálio, a temperatura ao redor não é de -190, a atmosfera não consiste em gás explosivo ou você não foi reencarnado em um esquilo.



Para resolver o problema pelo menos um pouco mais perto das condições reais, você precisa de equipamentos muito sérios. A propósito, você provavelmente não sabe como trabalhar com.



Como em todos os problemas de lógica, as convenções aqui são simplesmente inumeráveis. Mesmo se você pegar o problema com um lobo, uma cabra e um repolho - como isso é possível? Você está nu, parado na margem do rio, na sua frente tudo tão bom e você precisa atravessar? Ah, sim, as margens do rio são feitas de adamantium, então você não imaginaria enterrar repolho. Em tal situação, qualquer pessoa normal pensará antes de mais nada se deve ligar para um ordenança.



Já descobrimos acima, pois ao que uma pessoa normal imagina com a frase "cano com água", a solução térmica é praticamente inaplicável. Pelo menos se você não tiver acidentalmente um queimador e dois cilindros com você.



No entanto, várias outras soluções podem ser pensadas. Além disso, não sem restrições, mas mais amplamente aplicável.



Térmico, mas a opção "reversa" - sopre o cano com dióxido de carbono de um extintor de incêndio e veja como o gelo derrete.



Você pode colocar um diapasão no tubo e ouvir o som à esquerda e à direita. Na direção do movimento do fluido, o som se espalhará ainda mais. Aqui, porém, são necessárias velocidades suficientemente altas. Para velocidades muito altas, você pode até ouvir o efeito Doppler.



Candidatos especialmente poderosos podem simplesmente chutar o cano e ver em que direção a onda decai mais rápido.



Com uma força de aperto ajustável, o tubo pode ser apertado para reduzir a passagem e, em seguida, a força necessária para comprimi-lo em ambos os lados da constrição pode ser medida.



Em geral, existem soluções. Mas bastante bizarro para uma tarefa tão simples. E todos eles são mais difíceis do que o óbvio - chegar ao fim do tubo. No mundo real, tubos sem fim não ocorrem. Além disso, onde for importante, a direção do movimento do fluido é indicada durante a instalação. E há até válvulas para impedir o movimento para trás.



Infelizmente, essas tarefas nada dizem sobre o candidato. Bem, além de adorar resolver quebra-cabeças à vontade.