柠檬水瓶子里的飓风

三月十九日

德里克-大家好,欢迎再次来到裸体科学家的实验室。金宝搏app最新下载今天我们有一个非常简单又非常酷的实验,你可以在家里做。剑桥大学的赫伯特·于佩尔教授将和我一起详细介绍我们将要做的事情。你好吗?

赫伯特-你好吗?

德里克-我很好,非常期待我们的安排。那么我们今天要做些什么呢?

赫伯特:我们要做一个简单的实验,它会有一些令人惊讶的结果。我们要用一个简单的柠檬水瓶在厨房里制造龙卷风。

德里克:我们马上就会听到具体怎么做。和我们在一起的还有一位帮手。你能告诉我们你的名字和年龄吗?

亨利-我叫亨利,十二岁。

德里克-非常感谢你来帮助我们做这个实验。你喜欢科学的哪一点?

亨利:我喜欢科学,因为它和一切都有关系。我们知道的事情是宏伟的,但我们不知道的事情绝对是迷人的。

德里克:哇。很棒的答案,当然我们稍后也会把这个实验和一些非常真实的事情联系起来。你需要的是:一瓶两升的柠檬水,真的就是这样。你需要在厨房里这样做,然后把瓶子装满水。然后你需要对它做一些事情,赫伯特现在将描述。人们要做什么,赫伯特?

赫伯特:这个实验实际上有两个部分,我们要比较一下结果。第一部分包括把瓶子装满水,直到瓶子的顶部,然后把瓶子倒过来,观察水是如何流出来的,流出的速度有多快,以及是什么限制了水的流出。

德里克:人们可能已经知道那里会发生什么,但我们还会要求他们做一些其他的事情。那是什么?

赫伯特:在第二个实验中,我们要做的不是让水从瓶子里倒出来,我们要让水和瓶子开始旋转。我们要以旋转的方式快速转动它,这样水从瓶子里倒出来的同时,它也在旋转,这就有区别了。

德里克-所以我重申一下,你必须把瓶子装满水,然后一旦你把它倒过来倒水,你就必须迅速地把它转一圈。我们说的不是拧瓶子。我们实际上是指在连续的大圆圈中移动整个瓶子。很重要的一点是,要旋转几圈试图得到漩涡的效果,然后停止旋转,看看会发生什么。这就是实验的全部内容。亨利,你觉得会发生什么?

亨利-会造成漩涡吗?

德里克:嗯,我们真正想知道的是流出来的水会发生什么?会有什么不同?

亨利-我不知道。

德里克-我们会知道的!你们自己在家找吧,我们稍后会回来找答案。

后来……德里克-又见面了。是的,欢迎回到裸体科学家的实验室,在这里金宝搏app最新下载我们已经准备好了从柠檬水瓶里倒水。和我一起的是赫伯特·于佩尔他会给我们解释发生了什么,当然还有亨利,他会做这件事。赫伯特,你能告诉亨利他首先该做什么吗?

赫伯特:在第一个实验中,你拿着一整瓶水,把它倒进水槽里,看看会发生什么。

亨利-好吧,水咕嘟咕嘟的,因为空气冲进来,水又流出来。

德里克:水流得怎么样?

亨利-不是很好。

德里克:现在快结束了,在我看来好像花了大约20秒,所以不是很快。但我们现在有另一个条件要试。

赫伯特:是的,现在再把瓶子装满水。我们将用同样数量的水和同样种类的瓶子开始这个实验,这样我们就可以比较两种不同风格的实验。

德里克-那么倒出瓶子的第二个条件是什么?

赫伯特-亨利必须把瓶子倒过来放进水槽里,但这次要迅速旋转瓶子,这样瓶子出来的时候就会有一些旋转的动作。

亨利-哦,酷!当我停下来的时候,它形成了一个漩涡,然后它就一直往外倒,所以它有点像圆形。两边有水,但中间没有水。

德里克:你觉得这次的结果怎么样?

亨利-很好。

德瑞克-是的,这花了大约10秒,比不打旋至少快了一倍。赫伯特,这一切意味着什么?首先,为什么会发生这种情况?

赫伯特:重要的一点是,不仅水要从瓶子里出来,空气也要进来。流出的水和回流的空气之间存在竞争,这种竞争通常会导致我们经常听到的汩汩声。在第二个实验中,我们很快地旋转它,你制造了一个像龙卷风一样的漩涡,把相对较重的水旋转到两边。这使得空气可以通过中心核心进入。于是,空气和水之间就没有了争斗。空气在中心很好地移动,用这种方式倒空瓶子的速度可以提高两到三倍,甚至更快。

德里克-我们从哪里看到这个?我们真的在实验室里制造了龙卷风吗?

赫伯特:是的,我们制造了龙卷风。亨利做的最重要的事情是他增加了轮换。这就形成了让他震惊的中心漩涡。在很多情况下,特别是在大气中,旋转起着重要的作用。这种自转是由地球自转提供的,因为地球每天绕地轴自转一次。我能给你的最好的例子就是卡特里娜飓风。如果地球不旋转,卡特里娜飓风和所有这些飓风就不会发生。

德里克:我们还看到我们创造的东西在吸空气。这种效应在飓风和龙卷风中也会出现吗?

赫伯特:是的,这是飓风的重要方面,也是它们如何继续存在的原因。它们从海洋中吸收温水并使其蒸发。那是它们获得能量的地方。

德里克-亨利,你明白了吗?

亨利-是的。

德里克:你觉得我们的实验怎么样?

亨利:非常有趣。

德里克-你会回家随心所欲地倒空瓶子吗?

亨利-是的。

德里克:那太好了。我们又有一个皈依者了,太好了。以上就是裸体科学家实验室的全部内容,希望你金宝搏app最新下载下次能加入我们。

成分

一瓶柠檬水

一些水

一个水槽

指令

1-将柠檬水瓶装满水。

把它倒过来,倒空瓶子-发生了什么?

3-再次装满瓶子

4-再次倒空瓶子,这次要旋转瓶子-发生了什么?

结果

你会发现,如果你只是把瓶子倒空,它倒得很慢,但如果你旋转它,水就会形成一个漩涡,空得更快。

解释

为了让水从柠檬水瓶中流出,必须有什么东西代替它,而最方便的东西就是空气。所以空气向上运动而水向下运动。这里有明显的冲突,他们的正常方式是让一些水掉出来,然后一个气泡从颈部向上移动,让更多的水掉出来。水以大块的形式出来,这实际上是一个相当缓慢的过程,因为它必须不断加速和减速。

倒空瓶子倒置的瓶子

倒置旋转瓶然而,如果你在倒水的时候给水一点漩涡,就会发生完全不同的事情。虽然一开始水的旋转速度很慢,但当它向内靠近瓶口时,它会加速到在离心力的作用下被甩到瓶的两侧如此强大,它形成了一个中空的管,在中心有一个空间。这使得空气进入瓶子的速度比气泡快得多,因为这是一个连续的过程,所以即使水从颈部流出的地方少了,它也会流动得更快,瓶子也会更快地空掉。

为什么水在脖子里转得更快?

造成这种情况的原因有两个。即使水在瓶口处的速度和外面的速度一样,因为它要绕的圈要小得多它旋转一个圈所需的时间要少得多,所以它会转得更快。

同时,当水向中心移动时,它必须对抗离心力这需要能量,这实际上使水旋转得更快。

这和飓风有什么关系?

飓风开始在一些特别温暖的水域上形成,这加热了空气,使其变轻,水蒸发产生水蒸气,水蒸气也比空气轻。温暖潮湿的空气开始上升,从两侧吸进较冷的空气。因为世界在旋转,被吸入的空气一开始旋转得很慢,当它被吸入时,它会变得越来越快(就像你瓶子里的水一样)。如果飓风足够大,风速可达每小时225公里(每小时140英里),足以将树木、汽车和房屋吹倒。

离心力是一种伪(假装)力,在思考旋转物体时很有用——它是施加在其他东西上的力(一根弦,地面等),需要这些力来保持一个物体(自然会走直线)在一个圆圈内运动。虽然它不是真实的,但它通常是一种有用的思考事物的方式。

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