Kterým směrem teče voda? / Habr

Páteční článek o kolizi pohovorového úkolu s reálným světem.

Je tu poměrně známý problém – před vámi je kovová trubka, ve které teče voda. Jak určit, kterým směrem teče? Na pohovorech se to ještě dá zeptat.

Už jsme prošli mnoha problémy s nepřesnou formulací, pojďme zjistit, co je s touto dýmkou špatně.

Očekávaným řešením je zahřát potrubí a zjistit, kterým směrem se teplo šíří. Ale je zde mnoho dalších nuancí. Zpravidla se předpokládá, že budou topit plynovým hořákem. Existovalo dokonce omezení, že jste mohli mít jakýkoli předmět v hodnotě do sta rublů, čímž je problém tímto způsobem prakticky neřešitelný, ale o tom později.

Nejprve se musíte ujistit, že teplota vody je dostatečně nízká na dotek. Tedy přesněji, abyste pochopili rozdíl mezi „velmi horké“ a „velmi, velmi horké“. Je těžké to přesně říci, ale je nepravděpodobné, že bude vyšší než 50 stupňů Celsia.

Zadruhé musíte mít jistotu, že voda proudí výrazně větší rychlostí, než je rychlost šíření tepla ve vodě. Například při rychlosti proudění 1 mm/s je nepravděpodobné, že pochopíte, kde se voda pohybuje nebo zda se vůbec pohybuje.

Za třetí, musíte si být jisti, že voda neteče příliš vysokou rychlostí. Jinak prostě nebude mít čas se dostatečně zahřát.

Citlivost člověka na teplotní rozdíly je přibližně jeden stupeň. Na základě tepelné kapacity vody ~4,2 kJ/kg zjistíme, že na gram protékající vody musíme přenést kolem 4,2 Joulů, abychom mohli pocítit teplotní rozdíl.

Předpokládejme, že ohřevem potrubí jakýmsi hořákem předáme potrubí přibližně polovinu tepla spáleného paliva. To je poměrně velkorysý předpoklad, například dobré plynové kotle mají účinnost kolem 95 %.

Průtok v normálním přívodu studené vody je přibližně 1 m/s. Pro běžnou 1/2″ trubku, řekněme v koupelně, to poskytne průtok přibližně 200 g/s. Na tato čísla se budeme spoléhat, abychom měli představu o tom, jakou velikost by potrubí mělo mít, abychom při obvyklé rychlosti proudění mohli určit jeho směr.

Pojďme dovnitř s trumfy. Předpokládejme, že k vyřešení problému máte dobrý svařovací hořák, acetylen a kyslík. Spotřeba hořáku je přibližně kilogram acetylenu za hodinu, výhřevnost je přibližně 50 MJ/kg. V souladu s tím získáme přibližně 13888 J za sekundu, vezmeme-li v úvahu nízkou účinnost, přibližně 7000 z nich bude přeneseno do potrubí. V zásadě můžete trubku ohřát o stupeň s průtokem 1.7 kg vody za sekundu.

No. Zdá se, že řešení funguje. Ale přiznejme si, že většina programátorů nikdy nedržela v ruce svářecí zařízení. A při pohledu na architekturu některých aplikací je to k lepšímu. Jako topné zařízení nechť poslouží běžný plynový hořák s výměnnou lahví, jako je ten, kterým se zapaluje dřevěné uhlí do vodní dýmky. Spotřeba plynu je přibližně 100 g/hod. Pro zjednodušení výpočtu vezměme výhřevnost propanu za stejnou, tedy 50 MJ. Můžeme získat 700 J za sekundu To stačí k ohřevu 170 gramů vody.

Už to tak nadějně nevypadá. Pokud se na vzdálenější konec této tajemné trubky připojí hadice a moje babička z ní zalévá rajčata, to znamená, že proudění tekutiny trubkou je prakticky neomezené, pak už nebudeme schopni pochopit směr proudění. Babička bude muset hadici lehce sevřít prstem, aby byl problém řešitelný.

Obecně podmínka znamenala, že chytrý žadatel si vezme zapalovač a zahřeje dýmku. Nikde jsem nenašel normy spotřeby plynu pro zapalovače. K takovým změnám asi nikoho ani nenapadlo.

Vezměme si údaje o plynových páječkách. Toto je rozhodně výkonnější zařízení než zapalovač, ale vezměme si tato čísla pro výpočet. Plynová páječka spotřebuje přibližně 20 ml/hod, tj. přibližně 10 g/hod. To znamená, že s jeho pomocí dokážeme ohřát přibližně 17 gramů vody za vteřinu o jeden stupeň.

17 g/s je velmi málo. Pro takový průtok musí být k potrubí připojen velmi skromný spotřebič, například stroj na výrobu sody. Navíc se nejedná o stejný stroj jako v obchodním centru – pět vteřin a půllitrová sklenice je hotová. Jedná se o automatický stroj, který nalévá sklenici velmi pomalu, se vážností odpovídající této příležitosti.

Shrneme-li vše výše uvedené, úkol by musel být formulován takto:

Jste v nekonečném poli. Před vámi je kovová trubka, která není tlustší než standardní instalatérská trubka. Proudí v něm voda, teplota není vyšší než 50 stupňů Celsia, rychlostí nejvýše 1 m/s a ne menší než 1 mm/s. Nebudete schopni dosáhnout začátku a konce této trubky. Jaký předmět budete potřebovat k určení směru pohybu tekutiny?

Zní to dost hloupě. A také jsme vynechali naprosto stupidní upřesnění jako fakt, že potrubí není z galia, teplota kolem není -190, atmosféra se neskládá z detonačního plynu nebo jste nebyli reinkarnováni jako chipmunk.

K vyřešení problému v čemkoli, co se blíží skutečným podmínkám, potřebujete velmi seriózní vybavení. Mimochodem, s největší pravděpodobností nevíte, jak pracovat.

Jako ve všech logických problémech, i zde je konvencí prostě nespočet. I když vezmeme problém s vlkem, kozou a zelím – jak je to vůbec možné? Jsi nahý, stojíš na břehu řeky, všechno tohle máš před sebou a potřebuješ přejít? Ach ano, břehy řeky jsou vyrobeny z adamantia, takže by vás nenapadlo zahrabávat zelí. Každý normální člověk si v takové situaci v první řadě rozmyslí, zda zavolat záchranáře.

Již výše jsme odhadli, že pro to, co si normální člověk představí, když slyší frázi „potrubí s vodou“, je tepelné řešení prakticky nepoužitelné. Alespoň pokud s sebou náhodou nemáte hořák a dva válce.

Lze však vymyslet několik dalších řešení. Také ne bez omezení, ale šířeji použitelné.

Tepelnou, ale „reverzní“ možností je profouknout potrubí oxidem uhličitým z hasicího přístroje a sledovat, jak taje námraza.

Na trubku můžete umístit ladičku a poslouchat zvuk doleva a doprava. Ve směru pohybu tekutiny se zvuk bude šířit dále. Zde jsou však potřeba poměrně vysoké rychlosti. Při velmi vysokých rychlostech je dokonce slyšet Dopplerův jev.

Obzvláště silní kandidáti mohou jednoduše kopnout do trubky a zjistit, kterým směrem vlna rychleji klesá.

Pomocí silově nastavitelné svorky můžete stlačit trubku, abyste zkrátili průchod, a poté změřit sílu potřebnou k jejímu stlačení na obou stranách zúžení.

Obecně existují řešení. Ale velmi fantazijní na tak jednoduchý úkol. A všechny jsou obtížnější než ta zřejmá – dostat se na konec trubky. V reálném světě nekonečné roury neexistují. Navíc tam, kde je to důležité, je směr pohybu tekutiny indikován během instalace. A dokonce existují ventily, které brání zpětnému pohybu.

Takové úkoly bohužel o kandidátovi nic neřeknou. Tedy kromě toho, že ve volném čase rád řeší hádanky.