关于大规模集成的可调连通塑料瓶液体存放系统的研究

作者: 阿樂 & 小帕 &iu

来源: 中科院物理所

发布日期: 2023-06-17 12:44:58

本文研究了基于塑料瓶和吸管的大规模集成可调连通液体存放系统,通过实验展示了液体的流动和分布,并解释了连通器原理。文章还展望了该装置的多种调整可能性,以展现更多变的实验现象。

塑料瓶和吸管是大家日常生活中常见的材料,而塑料瓶也是常用的储水器械。因此本次正经玩主要基于塑料瓶和吸管制备出一个大规模的、集成化的、可调的、相互连通的大型储水设备,以扩展普通塑料瓶储水量小的问题。此外,我们还研究了该系统在不同参数和储水量下表现出的行为。

实验器材包括4个塑料瓶、吸管、热熔胶、焊锡枪、所标杯。

样品制备及测试步骤如下:首先,用焊锡枪在塑料瓶上烫出与吸管孔径匹配的小圆孔;其次,将吸管剪成四个小段;然后,用热熔胶将吸管固定在打好孔的塑料瓶上,确保密封不漏水;接着,为了方便观察,在每个塑料瓶中加入一滴色素;之后,拧开1号瓶的瓶盖,向其中倒水,观察水顺着吸管从1号瓶子流到2号瓶子中的现象;最后,继续向1号瓶中倒水,观察水在从1号瓶流到2号瓶的同时,4号瓶中的空气也被排到1号瓶中,产生了气泡。

原理解说:本次实验的原理非常简单,就是初中学到的连通器。连通器是一种上端开口、底部相通的容器。当连通器中有液体时,液面会自动保持齐平。对连通器底部中心液面做受力分析,其平衡时满足两侧压强相等。了解了连通器原理之后,我们再了解一点:大气压强相当于100cm水柱所产生的压强,所以实验中通过加水增加的压强是远小于大气压的,没有开盖中的空气柱的长短变化也可以忽略不计。

展望:本文中只展示了四瓶装置的最基本的液面变化,作为“可调”的装置,可以从多个方面对装置进行调整,从而展现更丰富、更多变的实验现象。最简单的调整就是改变瓶子数量;吸管的位置也可以调整,本文中的吸管只有一高一低两个位置,感兴趣可以四根吸管四个高度,现象会更加丰富;另外本文中四瓶循环连接,呈正方形排布,如果首尾两瓶没有连接,或者14、23交叉连接,实验现象也会有所不同。

此外本文中只使用到了水一种液体,通过一端注水,一端注入油(与水互不相溶的液体)的方式,液面变化会更加丰富。

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