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一、液体的压强
在桌子上放置一瓶矿泉水,在瓶子侧壁上钻几个小孔,会发现水从小孔处喷出,说明水对瓶子壁有压强。家中洗菜池装满水时,要拔起池底出水口的橡皮塞比较费力,说明水对池底有压强。喷泉中的水柱能向上喷出,说明水向上也有压强。由于液体的流动性,液体向各个方向都有压强。
液体的压强具有以下特点:
1、在液体内部的同一深处,向各个方向的压强都相等。
2、深度越深,压强越大。
3、在深度相同时,液体的密度越大,压强越大。
液体内部的压强公式为:
在桌子上放置一瓶矿泉水,在瓶子侧壁上钻几个小孔,水从小孔处喷出。
不同位置的孔,水喷出的水柱远近距离不一样,那喷射距离到底和什么有关呢?今天我们就来详细研究一下。
通过液体内部的压强公式P=ρgh,很容易就能看出,压强是和水深成正比的。接下来看水喷出水平速度V,与压强的关系。
首先把小孔所在截面以上的水,看为一个整体,水压强*容器底面积=这部分水对下面的压力。压力*下降的高度=压力做的功=水的势能的减少。
而压力做的功=水在小孔位置的压强*水减少的体积=ρgh*v=mgh
假设,压力所做的功,全部转化为小孔中射出水的动能。即,
水减少的势能全部转化为动能,就有:
求得水喷出的水平速度为:
接下来算喷出的距离:
首先要设水面的高度,离地H,小孔离水面h,所以,小孔离地面H-h
自由落体H-h高度所需的时间:
求得:
计算射出的距离:
当h=0.5H时,s取最大值为H。也就是,当小孔位于水位中点时,射的最远。
我们用Scratch来模拟这个实验,得出了同样的结论和效果。
程序的运行效果如下:
三、Scratch程序模拟
2、把画笔1、2、3分别放置在上中下三个孔的位置。
3、计算喷出的水平初速度:
4、画出水喷出的水柱的抛物线:
四、思考与改进
上面的实验模拟,当水流出的时候,水面并没有随之下降,也就是说水的深度是固定的,接下来我们模拟实际实验中,水流出时,水不断减少的情况下,水柱喷出的情况。
只拿一个孔的情况来说明:
程序改进:
1、不断检测水面的实时位置
2、持续计算小孔的实时水深
其他程序见第三部分。
以上就是用Scratch模拟”水”的压强实验,赶快动手试试吧~
转自公众号:
吉米编程启蒙