國立台灣師範大學物理系 物理教學示範實驗教室(網站) 物理問題討論區 (黃福坤)
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熱學/流體 標題:水杯倒轉不流出的疑問?
1:陳建勳榮譽點數80點(研究所)張貼:2006-11-26 22:29:24:

國中課本裡面有寫,在裝滿水的杯子口蓋一張板子

杯子倒轉之後水不會流出,是因為杯外面壓力大於裡面

但是經過實驗發現,即使不裝滿水也不會流出

照理來說,這個情況杯內壓力大於外面耶?

如同這網頁有做的一系列特別的實驗 http://www.cna.edu.tw/~sas/ccna/disc-phy/OC4.pdf

請問這該如何解釋好呢?

 

我猜是因為,若要使水流出,勢必會增加杯中空氣的體積

如此則會降低杯子裡面的壓力,所以要使水流出,重力必須施力做功

如果水下降所減少的的位能少於增加杯內空氣體積所需做的功

則水下降會增加系統的總力學能,所以這個事件就不會發生了

 

請問這樣解釋合理嗎?大家來討論吧∼



[ 這篇文章被編輯過: 陳建勳 在 2006-11-26 22:34:45 ]
2:黃福坤 (研究所)張貼:2006-11-26 23:29:23: [回應上一篇]

本網站也有網頁呈現類似的示範實驗演示
大氣壓力系列(八個)示範實驗 
或點選 這個連結

你如果親自做過或許注意到 其實內部完全沒有水也可以
但是杯底一定要有水 於杯緣 一方面有密合效果 另一方面 查一下資料 算一下水的表面張力沿著杯緣可以提供多大的支撐力
還有底部墊的薄片 有時候會需要稍微往杯內壓一下 讓內部的氣體跑出一些 之後讓內部的氣壓略低於大氣壓!
已經提示你太多了 好好自己觀察 也自己想一想 否則就太浪費自己聰明的腦袋了!
3:陳建勳榮譽點數80點(研究所)張貼:2006-11-27 09:07:33: [回應上一篇]

喔喔∼忘了還有表面張力這一個因素∼

我算算看

25度的水的表面張力約 71.96 達因/釐米 ∼ 7.2 * 10^-2 牛頓/米
杯口周長大約 20 cm = 0.2 m
濕杯口一圈(外圈)表面張力可提供拉力約 1.44 * 10^-2 牛頓
試算此力可支撐多高的水量?
F=ρghA 可得高度 h 約 1.15 * 10^-5 米

算出來表面張力可拉住的水量其實很淺耶!?

這個結果似乎無法解釋我提出的疑問?
我有哪裡算錯了嗎?

 


上面的連結失效了?

我之前也發現網站上有許多的連結都失效,許多的影片或動畫都看不到,相當可惜耶

請問有辦法修復嗎?謝謝∼


4:黃福坤 (研究所)張貼:2006-11-27 12:26:26: [回應上一篇]

連結失效? 我測試時沒有問題 只是我用的是 netscape 而不是IE
我剛才又添加另一個連結 或許IE就可以了
當檔名含有中文時 不同的IE版本處理方式不同 且有時和設定有關 請參看 網頁右上方常見問題
若是下次遇到有問題的連結 請利用上方系統功能不正常的連結 回報!這樣才可能解決問題!謝謝!

我提到表面張力是針對杯子內都沒有水時 可以計算可支撐薄片的重量 算一下對應的重量是幾克重!
有水時還要靠稍微壓進去造成的壓力差!

5:陳建勳榮譽點數80點(研究所)張貼:2006-12-01 13:47:02: [回應上一篇]

"有水時還要靠稍微壓進去造成的壓力差!"

我仔細觀察後發現,這的確是主要的成因。

因為裝半滿的水杯倒轉後,總有一些水會流出,造成內部空氣體積增加,

因此內部空氣壓力小於一大氣壓,而產生由杯子外部往內的作用力,此力很容易就可以平衡內部的水壓。

舉個生活中類似的例子:

在養雞的雞舍裡,給雞喝水的裝置,簡圖如下

   

內部的空氣壓力就是小於一大氣壓,當雞喝水使下面水平面低於杯口時,空氣就會跑進瓶子內,

水也會流出補充盤子的水量,如此就可以長時間提供給雞可以喝到水的水平面了。

從圖可以看出,瓶口的壓力 = 一大氣壓 + 瓶口離盤子水面深度的水壓

             ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

這個壓力就是可以讓原文中所提出的杯子口蓋子不掉下來的原因。



[ 這篇文章被編輯過: 陳建勳 在 2006-12-01 13:48:19 ]
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