查看原文
其他

一根棉线一个水桶,来给水“凹”造型 | 正经玩

yangfz & Lixy 中科院物理所 2019-04-03


正经玩每周六上午会推送一个好玩的科学实验,可以由家长大朋友带着小朋友在家里动手操作。希望正经玩陪您度过每一个温馨的亲子周末,让小朋友的童年充满知识、爱和陪伴。

引子与先睹为快


上期正经玩中我们吹了一个大肥皂泡

简单模拟了大气环流

(当然,这不叫模拟,只是比喻)

其实,大气系统的表现非常有趣

大部分时候风平浪静

但是一旦两股气流强烈对撞

就可能形成灾害性天气

龙卷风大家耳熟能详十分恐怖的天气

但它是美国的常见天气灾害而中国不常发生

因此对大部分小伙伴来说

可能只在电视里见过

现在,如果我们有一个水桶

你相信会在水桶中模拟出龙卷风吗?

最简单的方法是

我们把水桶用绳子钓起来

那么它将悬空,且只有一根绳子连接支点

这时候,我们拨动这个水桶

水桶就会均匀的转起来

好了,现在告诉我

水桶里的水面是不是变成了“龙卷风”型?

实验过程

实验器材:所标杯、矿泉水桶、毛线、剪刀、塑料棒

首先我们先准备一根比较长的毛线

剪断并折叠几次加强毛线的承重能力


然后把弄好的毛线缠绕在矿泉水桶瓶口上

从两端留出两条线以便系起来


然后拿出塑料棒

把毛线牢固地系在塑料棒上


然后我们用力转动矿泉水桶


我们就会发现桶里的水开始跟着旋转起来

中心的水面开始往下掉凹了下去

形成了一个新的弯曲的水面

为了知道这个曲面的形状

我们拟合了几个水面

发现水面都与抛物线拟合较好

这说明这个曲面极有可能是抛物线

这里放一个逐渐转速变大并产生抛物面的视频效果更好

https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?vid=i07665b2yfc&width=500&height=375&auto=0

原理解说


当桶旋转起来以后

由于水有粘滞,桶壁会带动桶中的水一起旋转

桶中的水转动起来后在重力的作用下便可形成抛物面

我们来进行一个非常粗糙但简单的分析

我们取转动以后距离转轴中心为x的一块薄片水

对其进行受力分析

一个沿着y方向的重力mg

和一个沿x方向的等效合力离心力

这两个力在垂直与切线方向的分解力是相同的

则有mgsinθ=mω²xcosθ

然后由于曲线切线方向等于tanθ

所以有tanθ=dy/dx=(ω²/g)x

求解即得y为x的抛物线方程

在很久之前牛顿也注意到了这个现象

并认为可以利用这一点测量重力加速度

同时旋转液体的抛物面可以用来聚焦

特别是水银具有很好的反射性

旋转起来的水银可以起到反射镜的作用

这种液体反射镜可以代替大型天文望远镜中的玻璃反射镜①



①参考文献:浙江大学物理实验教学中心:旋转液体综合实验


上期回顾


NO.116 气泡大气环流

01-廖鑫的实验分享如下:

02-夏目漱石的实验分享如下:

03-^O^的实验分享如下:

04-治林的实验分享如下:

投票时间于8月28日00:00(即星期二12点整)截止


               分享赢得纪念品          

现在,我们会为实验投票最高的同学

送去一份新款所标杯!


48小时没有和我们互动的用户,我们无法给您发送消息。为了防止联系不到获奖用户的现象发生,请投票最高获奖后及时联系我们。


下面是彩蛋时间


看完前面的小实验之后

你是不是也很想动手试一试?

那么

快来参加“科学三分钟”微视频大赛!


我们还特地开辟了 抖音赛区 

用抖音上传正经玩实验视频

参与挑战  #谁说科学不抖音

赢取更多精美礼品!

打开抖音,搜索关注 @中科院物理所


https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?vid=r1345zhjset&width=500&height=375&auto=0

#谁说科学不抖音 实验枯燥无聊,公式费劲烧脑?No No No!学好数理化,炫酷又爆炸!中科院物理所邀你参与#谁说科学不抖音


现在就拿起手机,拍摄一段能够展现科学之美或者科学之趣的短视频,在抖音上参与 @中科院物理所发起的挑战  #谁说科学不抖音  即可参与比赛,视频时长符合抖音 App 要求即可。


该活动可以以个人或团队(不超过3人)形式参加,抖音赛区独立评选,符合我们投稿要求且点赞数最高的10个人将获得猿辅导、知童教育和物理所精心准备的“科学三分钟”大礼包!


心动不如行动,

机不可失,立刻开拍~


往期回顾





近期热门文章Top10

↓ 点击标题即可查看 ↓

1. 正版印度神药为何这么贵?研究半世纪,两夺世界第一,出了五位顶级医学奖

2. 吃瓜时节,我们用公式计算告诉你,如何科学地挑选西瓜!

3. 一个64G的手机,装满文件后会变重吗?| No.114

4. 为什么三体不稳定,我们的太阳系如此稳定?

5. 世界杯伪球迷实用装 X 指南

6. 为什么空调吹出的风有一股“空调味”?| No.111

7. 火星上真的有水!“火星快车”探测到直径20千米的液态水湖泊

8. 这道像是奥数题的“填色问题”,至今无人能解决

9. 为什么奥利奥扭开以后,夹心总是粘在其中一面上?

10. 隐藏在这幅画中的17个物理世界

点此查看以往全部热门文章


    您可能也对以下帖子感兴趣

    文章有问题?点此查看未经处理的缓存