大冷天的玩噴水,還嫌不夠冷?丨正經(jīng)玩

讀者們的城市
都入冬了嗎
反正在中二所
小編們已經(jīng)可以將羽絨服焊在身上
最近好冷
我的手和心都是冰冰的
但經(jīng)過這期的正經(jīng)玩后......
實驗器材
所標杯,剪刀(或小刀),竹簽,吸管

實驗步驟
安全提示:本實驗使用利器,請小朋友在家長的陪同下完成,注意安全
第一步:
將吸管折成三角形

第二步:將吸管在兩個頂點處剪開(如圖所示),注意不要剪斷

第三步:
用竹簽將吸管固定起來,開過口的地方在兩端

第四步:將裝置插入水中旋轉(zhuǎn),可以看到水流呈放射狀從吸管開口處噴出

一個手動噴水裝置就制作完成啦?。ㄊ遣皇窍駱O了花園里噴水的裝置)

原理解說
這次我們制作的噴霧主要利用了伯努利原理和(慣性)離心力的原理。
根據(jù)伯努利方程,在不可壓縮流體的定常流動中,流體的壓強、速度和高度滿足關(guān)系

也就是說,如果不考慮流體前后高度的變化,那么流體的流速v越快,那么流體的壓強p就越小。對于旋轉(zhuǎn)的吸管來說,由于吸管上端高度更高,并且由于吸管旋轉(zhuǎn)攪動氣流,兩端開口氣流的流速增大,所以吸管上端開口處的氣壓更低,并且低于大氣壓,即P1<P0。因此大氣壓會將液體壓到更高的地方。
另一方面,已經(jīng)在吸管中的水隨著吸管旋轉(zhuǎn)作圓周運動,需要外力來提供向心力。受力分析如圖,由于管壁支持力N的水平方向分力F不足以提供所需的向心力,因此水就會沿著傾斜的吸管向上運動最后從開口甩出。

或者為方便理解,旋轉(zhuǎn)參考系中需考慮慣性離心力,在這個旋轉(zhuǎn)的非慣性系中,可以認為水受到了水平方向的慣性離心力F’,方向沿圓周徑向。在離心力的作用下,水被向上推動。
因此,真實的情況是:當吸管旋轉(zhuǎn)速度快到一定程度后,水首先被壓強差源源不斷地壓入吸管中,之后吸管中的水在大氣壓和慣性離心力的共同作用下,沿吸管向上運動,最終從上端開口甩出來。
編輯:草莓熊