從水龍頭下落的水為何會越來越細?

時間 2021-05-06 13:22:08

1樓:石田三成

水下落分兩個階段先變細然後變粗。

任何在地球表面射出來的物體都會受到大氣影響。火箭尾焰會隨著大氣壓的變化而變化,尾焰受到大氣壓力先是很細讓後逐漸擴散,當沒有大氣壓力一出噴口就向四周擴散。水也是一樣,當水在足夠高的大氣層下落時有一定射速足夠慢,大氣壓會把水壓縮變細。

不同於火箭的是水的下落氣壓逐漸增高的,所以越來越細,但速度到達一定程度超越了氣壓的壓力,水和氣體的撞擊,水就會散開速度也會隨著氣壓增大而減慢。在真空中有重力的情況下水只會無限擴張。

2樓:Ksolo

關於水最後成為單個水滴的問題是不是也可以這麼理解。

當t=t1時

最初落下的水水滴由於自由落體運動位移為s1=1/2gt0^2當t=t0+△t時

s2=1/2g(t0+△t)^2

所以s2-s1=g(t0+1/2△t^2)從這裡看出相差△t時間內,隨著自由落體的時間t越大,前後落下的單位水柱之間距離就會變大從而行程水滴。當然這裡面忽略了很多因素,我只是說下個人的簡單見解,勿噴。

3樓:莽原

因為流量Q是不變的

假設水流長上端速度和下端速度分別為V1和V2所以有公式 S1×V1=S2×V2

由於重力做功,顯然V2大於V1

故,S2小於S1

4樓:子揚

詳細分析起來其實挺複雜的,需要考慮很多因素。

但如果只想得到乙個能說服自己的解釋還是挺容易的,只需要最基礎的流體力學知識。

這個的問題其實可以看作是在乙個無摩擦管段流動,進出流量恆定,如果不恆定也不可能保持水柱形狀。管段是工程流體力學裡最廣泛的使用環境,非常親切。

理想化處理,我們可以考慮此情形為簡單的伯努利方程和連續性方程聯立的情況,理想情況下大環境壓強不變,位壓頭降低,動壓頭公升高,由於連續性方程可知截面積減少,實際上還需要考慮質量力的重力作用,但其為強化結論,而表面張力只定型不參與,故解釋完畢。

5樓:LEX

水是不可壓縮流首先要假設 $/rho$ 不變是否考慮表表面張力的兩種情況高讚回答的很通俗透徹了但是我想稍微解釋下為什麼守恆

我不是很喜歡流量守恆這個叫法本質上其實是equation of continuity或者說conservation of mass 寫成 eulerian form就是:

做volume intergral 就是

最後就是

在密度不變的情況下實際上是質量守恆

6樓:南有喬木

@姜小白71 的回答過於硬核,其實這個問題完全沒有必要解釋那麼複雜,大概水平是高一物理學完後,北京市力學競賽的入門題。這裡盜用一下他的圖。

令截面 A 處水流速度為 ,截面 B 處水流速度為 ,截面 A 的半徑為 ,截面 B 的半徑為 ,A 到 B 的豎直距離為 ;水的密度為 ,重力加速度為 ;單位時間為 。

由於水流穩定後,水柱的形狀保持不變。而液體是不可壓縮的,因此,單位時間內從截面 A 流入的水的質量,應該等於從截面 B 流出的水的質量。如果 趨於0,那麼流過截面的水流可以看成乙個小圓柱,如圖所示,圓柱的高為 。

因此有如下公式:

化簡後為:

而水從離開水龍頭後,開始做自由落體運動,根據自由落體運動公式:

(3) 變形一下,就是 @姜小白71 的:

根據 (2) 以及上式,有:

不用伯努利方程,直接用質量守恆+自由落體速度公式,一樣可以得出正確的結果。

7樓:liubu

我看了很多個答案,我認為沒有乙個人解釋清楚為什麼會變細。可能是因為我不懂白努力方程,早忘了這個方程。下流速度變快,體積不變,所以水越來越細?

水就越來越細?因此水越來越細?所以、就、因此?

這個是怎麼所以的,怎麼就的,怎麼因此的?當然了,我在抬槓,你別來!

8樓:偉少

自由落體運動的公式V=1/2gt^2

流速是一直增加的所以水就越來越細

附加一張說明圖

黑色是水龍頭藍色是越來越細的水右邊每個紅格仔代表乙個時間單位流出的水因為就去越來越快所以水流的「戰線」越拉越長但每個單位時間流出的水量是一樣的,所以只能越變越細了。

9樓:哈士奇愛深海魚

看了贊最多的回答, 感覺很專業

我做降維解讀,去掉流體力學和表面張力的內容。

學過高中物理競賽的可以理解表面張力、密立根油滴實驗、壓強與速度關係,學過大學流體力學的可以理解理想流體、雷諾數、伯努利方程、層流、動力粘度、粘性不可壓縮流體,還可以參考納維-斯托克斯方程、非線性偏微分方程等(實際上流體的問題之所以難,是因為要用計算機進行數值分析,得出的往往只有數值解而不是解析解,解高階方程時遇到的困難類似)

在一遍過的高一物理必修一練習冊中有一題,

我覺得一般人理解到這個程度就差不多了,一是流體力學很多理工科專業雖然學,但僅限於壓強傳遞、層流計算、雷諾數的簡單運用,加上動力粘度、運動粘度幾個引數,考試不難,很多東西其實還不會。二是流體力學相對固體的剪下應力更加複雜,我們沒法像材料力學用應力圓那樣研究應力分布情況,必須要程式設計(其實我感覺題主想問怎麼用程式設計解決這個問題,怕自己看不懂,就換了個問法,畢竟應該知道這是用公式算不出來的,只能簡化模型進行猜測)

10樓:pipi大笨蛋

這個是我學物理之後,實際思考的第乙個問題!

單位時間內,水龍頭流出的水體積是一定的,重力影響下,速度逐漸增大,相應的,水流截面就會越來越小。

啦啦啦,超開心的!

11樓:超帥的

驚奇!在前不久的物理試卷中剛遇到。鄙人高三,前幾個月的一次月考考到了這題,乍眼一看,一臉懵逼,原來水流會變細??死活想不出是為什麼。

事後根據老師所說應該是水流量守恆,單位時間速度變大即長度變長,為保持體積不變截面積就減少了,也就形成了越來越細

12樓:筆間阡陌

其實就是重力的撕扯作用,在上方的水和地心距離遠,受到重力小於下方的水,水流就被拉長了,而且落得足夠長的距離會被「拉斷」,在表面張力作用下形成水珠。

13樓:曾經會飛的小白馬

這不是很直觀嘛,水流一直在加速,上部慢,下部快,也就是單位體積的水體一直在被拉長。

因為水體粘性還保持在一起,只能是越來越細了。

然後到了後面,速度差大到粘性無法拉到一起,就被拉斷了,成了一滴一滴的。

解釋這個問題用不著公式吧?

14樓:I老蔡

主要原因是先流出來的水收到重力加速的時間比後面出來的水更久, 所以下落速度更快.

大致上就形成了越下面的水流越快. 所以也被拉得越長, 也就越細.

細到一定程度之後, 因為水的表面張力, 使得水流形成水滴., 水流就斷開了.

15樓:遊戲策劃DOG

簡單點說:水龍頭出水速度一定,即單位時間內體積固定;而在重力加速度影響下,水下墜越來愈快,即單位時間內,高度約高,自然截面積越來愈小

16樓:Someoly

簡單來說,水在下落過程中會加速(因為收到重力,所以會加速)。

那麼在這個水柱取不同高度處幾個橫截面,因為質量守恆,每個截面上的質量流量應該是相等的,(因為下面截面的流量全部來自於上面截面,上面截面的流量也全部都要流經下面的截面,所以質量流量在每個截面上應該都相等)質量流量(單位時間內從截面內流過的水的質量)應該是

密度*速度*截面積=定值

密度不變,速度越大,截面積越小,因此水流越來越細啦。

17樓:

因為速度越來越快,而流量是恆定的。

每一時間間隔內出的水,離開水龍頭越遠,下降速度越快。因此通過的距離也就越長,體積不變,就表現為柱體的橫截面積越來越小了。

18樓:今天天氣不錯

令從水龍頭噴出的水的初速度是V1 ,那麼噴到下面的水的流速為Vt=V1+gt

假如水是自然流出的話,那麼V1=0,即水龍頭所出水的向下方向的初速度是0,但是水龍頭裡面的水明顯是噴出的,即水一從水龍頭流出就具有了乙個初速度V1,所以V1是代表了一定數值的初速度,它是個常數。

然後水龍頭噴出的水一分為二的看待,一方面是水一出來就具有了V1的向下的速度,另一方面將水流下來的行為看做是自由落體運動。自由落體運動的公式是Vt=gt,g是重力加速度9.8公尺/秒,是個常數,t是代表水從水龍頭噴出的時間,是個變數,那麼水從水龍頭噴出,整條水柱的在不同位置的流速可以表示為Vt=V1+gt ,其中V1和g都是常數,不需要考慮,而t是變數,這是我們需要考慮的。

那麼看這個公式:Vt=V1+gt ,其中t越大(代表水離開水龍頭的時間越長,該水分子就位於水柱越往下的位置),Vt就越大。也就是說,水柱下面位置的水的流速要高於剛從水龍頭噴出的水的流速。

而水龍頭每一秒噴出的水都是一樣多的,也就是說:①噴出的水柱不管在上下哪乙個位置在一秒內(也可以將時間想象為無限小,比如一微秒)流出的水的體積(流量)是一樣多的,但是②噴出的水柱下面的水流速度是高於上面的,那麼為了同時滿足①和②這兩個限制條件,根據流量公式:流量=流速(水速)*橫截面積,只有縮小在水流快的地方的水柱的橫截面,才有可能讓水柱無論是在哪個位置上都可以在同樣的時間內經過同樣體積(流量)的水。

正是因為水柱越往下,水流速度越快,所以越往下水柱的橫截面就會越小,也就造成了水龍頭的水越往下越細窄這麼一種現象。

19樓:汪步青

搞那麼複雜幹嘛,水出來以後速度越來越快啊,所以和之前的水分的就越來越開,於是就細了唄。

看看之前那麼些搞了一大堆公式什麼的答案,真是無語。

20樓:劉智

任意截面流量Q=面積S×速度V為常數。速度不斷加大,面積自然減小。至於液柱為什麼凝聚不散@_@我不知道,也許是表面張力吧,畢竟我也只是個啥都不清楚的學生

21樓:

由於重力的原因,流速會越來越快,又因為在流動過程中流量是不變的,是乙個守恆量(流量=流速×橫截面積),所以水流越來越細。

22樓:獨魚僅一

每秒鐘從龍頭滴下的水量是相同的,但隨著重力加速度,越下方的水柱流速越大,也就是說水柱越長。

既然水量相同,水柱變長,那就只能變細了。

23樓:

你們答得都不對!

假設在真空中,在重力的作用下,從龍頭裡「流出」的是沙子,而不是水,那麼沙流會不會收縮呢?不會的,因為沙粒都會垂直下落的。雖然沙流下落的速度也越來越快。

在有大氣壓的情形下,假設沙粒非常細,沙粒之間空氣比較少,那麼當沙子從水龍頭內流出時,隨著下落速度的增加,沙流的截面就會收縮。因為沙流下落時沙粒本應垂直下落,但要垂直下落沙粒之間的距離就要加大。而一旦加大,外面的大氣又無法馬上進入沙粒與沙粒之間的間隙,那麼沙流內部就會產生負壓,這樣外部的大氣壓就會起作用,將沙流壓細。

同樣的道理,下落的水流在大氣壓的作用下也會直徑變細,但因為水流的速度越來越快,而越快越難以改變運動方向,所以到了一定時候,外面的大氣壓就不足以使水流繼續收縮了,於是水流發生了破裂,層流變成了所謂的紊流。

如圖所示,A處水流下落的慢,所以大氣壓作用於下落的水,使其彎曲的厲害,而在B處,水流下落的快,大氣壓難以改變水流的方向,所以水流幾乎垂直的下落,這樣水流內部的分離傾向就會越來越大,最後水流發生破裂。

我們可以用水銀試驗,從龍頭下落的水銀肯定真空環境的比大氣環境的更早的破裂。

當然水還有張力,所以事實上不但要考慮空氣,而且要考慮水的張力。

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