一、液體的壓強
在桌子上放置一瓶礦泉水,在瓶子側壁上鑽幾個小孔,會發現水從小孔處噴出,說明水對瓶子壁有壓強。家中洗菜池裝滿水時,要拔起池底出水口的橡皮塞比較費力,說明水對池底有壓強。噴泉中的水柱能向上噴出,說明水向上也有壓強。由於液體的流動性,液體向各個方向都有壓強。
液體的壓強具有以下特點:
1、在液體內部的同一深處,向各個方向的壓強都相等。
2、深度越深,壓強越大。
3、在深度相同時,液體的密度越大,壓強越大。
液體內部的壓強公式爲:
在桌子上放置一瓶礦泉水,在瓶子側壁上鑽幾個小孔,水從小孔處噴出。
不同位置的孔,水噴出的水柱遠近距離不一樣,那噴射距離到底和什麼有關呢?今天我們就來詳細研究一下。
通過液體內部的壓強公式P=ρgh,很容易就能看出,壓強是和水深成正比的。接下來看水噴出水平速度V,與壓強的關係。
首先把小孔所在截面以上的水,看爲一個整體,水壓強*容器底面積=這部分水對下面的壓力。壓力*下降的高度=壓力做的功=水的勢能的減少。
而壓力做的功=水在小孔位置的壓強*水減少的體積=ρgh*v=mgh
假設,壓力所做的功,全部轉化爲小孔中射出水的動能。即,
水減少的勢能全部轉化爲動能,就有:
求得水噴出的水平速度爲:
接下來算噴出的距離:
首先要設水面的高度,離地H,小孔離水面h,所以,小孔離地面H-h
自由落體H-h高度所需的時間:
求得:
計算射出的距離:
當h=0.5H時,s取最大值爲H。也就是,當小孔位於水位中點時,射的最遠。
我們用Scratch來模擬這個實驗,得出了同樣的結論和效果。
程序的運行效果如下:
三、Scratch程序模擬
2、把畫筆1、2、3分別放置在上中下三個孔的位置。
3、計算噴出的水平初速度:
4、畫出水噴出的水柱的拋物線:
四、思考與改進
上面的實驗模擬,當水流出的時候,水面並沒有隨之下降,也就是說水的深度是固定的,接下來我們模擬實際實驗中,水流出時,水不斷減少的情況下,水柱噴出的情況。
只拿一個孔的情況來說明:
程序改進:
1、不斷檢測水面的實時位置
2、持續計算小孔的實時水深
其他程序見第三部分。
以上就是用Scratch模擬”水”的壓強實驗,趕快動手試試吧~