真做不下去了,整一期水实验吧 | 正经玩

作者: 小白 & 阿佩 & 公子

来源: 中科院物理所

发布日期: 2023-10-14 13:58:02

本文介绍了一个简单的DIY实验,利用空瓶和气球制作小型可控喷泉,并详细解释了实验背后的科学原理,即大气压强的作用。

真做不下去了,开创实验器材种类新低,一个空瓶+一个气球,浅浅DIY小型可控喷泉。实验器材所标杯、气球、塑料瓶。实验步骤第一步:在塑料瓶上开一个小孔,在瓶盖上根据自己的喜好钻几个孔。第二步:将气球套在瓶口,向气球里面吹气,吹完气后按住塑料瓶上的小孔,这样气球里的气就不会跑掉。第三步:将气球灌满水,并按住塑料瓶上的小孔。第四步:将戳了孔的瓶盖盖上,注意继续按住瓶上的小孔。

第五步:放开塑料瓶上的小孔,观察现象。你发现了什么?放开小孔,水从瓶盖上喷出,按住小孔,水流停止,这是什么原理?

这个实验的原理是利用了大气压强。气球本身有弹性,如果不扎住开口,会恢复到瘪瘪的状态。首先吹气球时,气球内压力增大,气球内压力大于大气压和气球皮张力提供压力的和,因此气球会胀大。当气球达到平衡后,气球内的压强=气球外大气压强+气球皮张力提供的额外压强,即P1=P0+△P。显而易见,P1>P0,因此如果气球口没有堵住,气球内的气体会往外跑。

而在瓶子里吹气球则不同,当气球吹起来后堵住小孔,气球和瓶子内壁形成了一个密闭空间。刚开始吹气时,小孔打开,这里的压强也是大气压强P0。随后堵住小孔,开始时气球内压强大于大气压强,因此气球内的气体会先跑出去一些。但随着气体跑出气球变小,这个密闭空间的体积增大,由大家熟悉的理想气体状态方程PV=nRT,这里是一个常数,因此体积变大压强变小,P2<P0。

气球漏气一直到达到平衡时,气球内与大气联通,气球内的压强为大气压强,P0=P2+△P’。这其实就相当于气球与瓶子之间空隙中形成了“负压”,可以认为是瓶外大气压把气体或水压在气球里,因此灌进去的水不会全部喷出。

而当再次松开手小孔通气时,瓶外大气压比空隙中气压大,气体就会从小孔进入瓶内这个密闭空间里。最终气球内外都是大气压强,由于气球具有弹性,气球努力恢复到自然状态,从而将里面的水挤出,形成小喷泉。

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