中科院物理所
2023-11-11 13:17:45
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#正经玩
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。