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大冷天的玩喷水,还嫌不够冷?丨正经玩

小白&阿佩&公子 中科院物理所 2024-03-08

读者们的城市

都入冬了吗

反正在中二所

小编们已经可以将羽绒服焊在身上

最近好冷

我的手和心都是冰冰的

但经过这期的正经玩后......



实验器材



所标杯,剪刀(或小刀),竹签,吸管

实验步骤





安全提示:本实验使用利器,请小朋友在家长的陪同下完成,注意安全


第一步:

将吸管折成三角形

第二步:

将吸管在两个顶点处剪开(如图所示),注意不要剪断

第三步:

用竹签将吸管固定起来,开过口的地方在两端

第四步:

将装置插入水中旋转,可以看到水流呈放射状从吸管开口处喷出

一个手动喷水装置就制作完成啦!(是不是像极了花园里喷水的装置)
原理解说





这次我们制作的喷雾主要利用了伯努利原理和(惯性离心力的原理

根据伯努利方程在不可压缩流体的定常流动中,流体的压强、速度和高度满足关系



也就是说,如果不考虑流体前后高度的变化,那么流体的流速v越快,那么流体的压强p就越小。对于旋转的吸管来说,由于吸管上端高度更高,并且由于吸管旋转搅动气流,两端开口气流的流速增大,所以吸管上端开口处的气压更低,并且低于大气压,即P1<P0。因此大气压会将液体压到更高的地方。


另一方面,已经在吸管中的水随着吸管旋转作圆周运动,需要外力来提供向心力。受力分析如图,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,因此水就会沿着倾斜的吸管向上运动最后从开口甩出。



或者为方便理解,旋转参考系中需考虑惯性离心力,在这个旋转的非惯性系中,可以认为水受到了水平方向的惯性离心力F,方向沿圆周径向。在离心力的作用下,水被向上推动。


因此,真实的情况是:当吸管旋转速度快到一定程度后,水首先被压强差源源不断地压入吸管中,之后吸管中的水在大气压和惯性离心力的共同作用下,沿吸管向上运动,最终从上端开口甩出来。


大家可以和我们之前做过的教你自制喷雾加湿器,这个冬天不再怕干燥!| 正经玩比较,看看原理上有什么异同。

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