為什麼把水管出水口捏扁可以讓水流射得更遠?

時間 2021-05-06 11:18:19

1樓:tommstein

看到題主的這個問題,大年初二的早晨想答上一答。

看到有答友用流量連續的原理做解釋,認為流量不變的前提下出口面積減小,流速增大,這個解釋完全錯誤,因為前提是錯的,捏扁出口,流量會減小(假設全部捏死,是不是流量為0),對於水的管流動,出口的流速是由當地總壓決定的,當地的總壓是由源頭的總壓減去管子的流動損失,口捏扁了,整個系統的流量減小了,沿程的壓降都減小了。出口處的剩餘總壓比捏扁前大,流速增大,這個流速增大會帶來流量增大,但是總體來說流量還是減小。

所以按照這個思路分析,出口面積減小--流量減小-沿程損失減小--出口流速增加--流量恢復一部分。實際,這個過程變化是同時發生的,沿程壓降決定出口速度,出口速度也反過來決定沿程壓降,二者是個匹配的關係。

另外這個現象必須有個條件,管子必須很長,如果管子很短,幾乎沒有沿程損失的話,則出口捏扁不會影響出口速度。

2樓:老毅絲豬

因為流出的水量是固定的,口變小了,橫截面變小,體積不變,只能增加流速了。。

我感覺我的認知水平終於發展到了形式運算階段。。。

3樓:六零八

暫定水源水幫浦功率很大,且單位時間出水量不變,那麼有公式:單位時間出水體積=水的流速x管口面積,可見如果面積減小,流速必然增加,很簡單,這是第一步判斷。

如果進一步做量化計算,還要考慮空氣阻力,地球引力,水管內部流動摩擦損耗,管口形狀和面積,水源的功率,水的表面張力,那就複雜了。

4樓:憤怒的小寶貝

首先是管內總壓決定射流速度,因為出口處的流速由當地的總壓決定,當地的總壓等於源頭處總壓減去沿程的壓強,而捏扁水管出口導致流量變小,進而系統沿程水頭損失減小,出口處剩餘壓強就會增加,造成出水口處的流速變大,而流速的增大又會造成流量增加,但總體而言還是比之前的流量要小。補充2點:1如果管道特別短,忽略沿程損失的話,出口速度是不會變的;2如果捏的特別扁,會產生很大的收縮損失,速度反而會大幅度下降。

5樓:文林茶園

能不能這麼簡單地理解:假定單位時間的出水量不變,問題等同於水的體積一定時,底面積與高的關係,而高即為射程。很顯然,底面積越小射程越遠。當底面積無限小,理論上射程無限遠。

6樓:布知

可以想象的極端一點

如下當水管沒有捏扁時水管空蕩蕩的就好像水倒在地上流一樣壓強沒有自來水公司提供的壓強打大

當捏緊的口子限制的流速剛好等於大於水龍頭處的流速時管子塞滿了壓強就等於自來水公司提供的壓強了

7樓:洛水

文氏效應

流速快得區域壓強小,流速慢的區域壓強大。

當把管口擠小時,由於單位時間內流量基本不變,所以管口流速增大,管口處壓強變小,管口與管中產生壓差。

所以你把管口擠的越小,壓差越大,水出管口時獲得的推力越大,它飛的越遠

8樓:象拔蚌

很簡單啊,壓強變大了啊,水管正常部位的橫斷面的水壓是一樣的,當水流到達水管口時,橫斷面變小(被人為擠壓),壓強變大了,水流被變大的壓強加速射出水管,就這個道理

9樓:胖腿

反對某些答案中強行把問題複雜化的物理大神,他們東扯西扯一些玄而又玄的高深理論,證偽了各種答案的同時並沒有解答任何問題,彷彿只是來秀公式和理論的,讚數倒是沒少騙。

此外一些答案雖然答得方向正確,但是並不夠詳細,我這裡再細化一下。

這個問題的答案核心應該在壓力。

先看一下我靈魂PPT大師的簡圖

首先看伯努利方程

很明顯,水龍頭處自來水的壓力是恆定的,原因在於幫浦站的水幫浦定壓提公升水的壓頭(不定壓也遠高於到戶壓力,還是會被穩壓器穩下來,最後變成7、8bar左右吧)。大氣壓力也恆定,那麼為什麼出口速度會變呢?

我們來細列一下幾個變化點

根據Hagen-Poiseuille定律,管道內壓力降為

很明顯,壓力降與流速、長度直接相關。

對於AA面和BB面之間,捏水管前後管徑不變,但捏水管後造成整體流量下降(很顯然,堵住了自然水流變小),因而AA、BB面之間的管道流速變低,壓力降減少,因此捏水管後BB面處的壓力是要高於捏水管前BB面的壓力的。

再回頭看伯努利方程,當BB面壓力提高時候,而出口恆定大氣壓,則能量將會變成動能,出口速度增加。

雖然捏水管處壓力降也比較大(流速增加,管徑降低),但距離(L)短啊,一般也就捏上幾公釐到幾厘公尺吧,所以只要掌握好尺度,捏好了水就會噴遠了,代價是流量降低。

基本原理看圖:

目前第一答案分析的是什麼時候阻力損失大噴不遠,什麼時候可以噴遠,但沒有解釋為什麼噴遠。核心在於通過降低流量減少前面管段的壓力損失。

第一答案分析的情況也存在,捏管不好的話導致阻力爆表,最後能量損失在阻力上,速度就不會快了。但是整個水管捏住的只是小部分,其他部分的阻力是不會被流速之外因素影響的。

此外,部分答案指出了流量不變,截面積變小引起的流速增加。實際上,他們沒有和正確流量對比,因為並不是捏扁管子前後流量不變,而是捏扁管子後,BB面和水管噴口處流量不變,因而截面積變化引起了流速提高。

最後,再次反對把簡單問題神話的答案。

10樓:單細胞草原鼠

哈哈,樓上的都是物理學家。

那我就用初中的物理回答一下吧,實在是沒多念太多書。

我們知道水龍頭開到乙個固定的大小,那麼壓力就是固定的,只要不擰動水龍頭,壓力就不會變吧。那麼水管的管口周長是固定的,同樣周長情況下,圓形的面積是最大的,捏得越扁,面積越小。

我們初中學過乙個公式:壓強=壓力/面積,捏扁了,壓力不變,面積減小,壓強自然增大,壓強增大了,當然就會噴得越遠了。

當然,自打上了大學之後,我們之前說的那個壓強,就被叫做壓力了,所以樓上的物理學家們就有發揮空間了

11樓:

我覺得應該想一想這個:把水管切開看截面,這個平面中各個點的水流速度一樣嗎?應該是不同的(沒做實驗,純屬臆想)。

邊緣靠近管壁的水需要克服與管壁之間的阻力流速應該較慢,而越靠近中間(遠離管壁)的水流速越快。

在上面的前提下,再來考察單位體積水噴射距離的影響因素。初速度和空氣阻力,預設出射角水平。單位體積水初速度大概是與相鄰截面水的推力(與截面大小有關)和阻力有關。

推力等於壓強乘面積減去粘滯阻力。所以水壓不變時隨著截面減小,截面總推力不變,壓強增大,導致單位體積水加速度變化,最後射出時的初速度變化。由於截面不同點水流速度不同,越靠近管壁流速越小,當圓形截面變小時邊緣水與內緣水接觸面積減小,水分子間的吸力帶不動流速慢的邊緣水而斷開。

射出的水並不是一股而是多股。空氣阻力與水跟空氣的接觸面積和相對速度有關。

最後很好奇冰做的水管在真空中減小面積改變形狀會怎樣。

12樓:日出東方

沒那麼複雜,

一般情況只是將水管出口捏扁,出口截面變窄,此時可看作是漸縮管,出口速度必然增大,

其他答案說的什麼「可能讓大家大跌眼鏡的事實」離題萬里,那只是流體從管道從截面有變化開始位置處到出口過程中,區域性和沿程損失過大造成的,可能原因是管道截面突變,彎曲,折向等。

13樓:錦衣夜行

我覺得當出口被壓縮時四周流速變小,中間流速開始不變,四周向中間壓縮,導致中間壓力變大,流速也相應增加,最終達到平衡。從能量角度分析怪怪的

14樓:染沁

現代戰鬥機的尾部噴口,在不加力的情況下。收緊尾噴管,排氣速度會提高,獲得的推力增大。

這是在亞音速的情況。

如果噴口速度超音速了,需要加大噴口,才會獲得更大的速度

15樓:陳階雪

難道不是因為出水口縮小水量卻很恆定不變導致單位面積水壓增大了所以水噴出來就快了嗎?

為什麼乙個簡單的問題還要扯那麼多公式定理?

16樓:

沒學過流體力學,但是針對很多答案裡提到流量恆定,橫截面減小,流速增加的觀點。我想說:按照你們的這種觀點,家裡的水龍頭在關閉的時候可他媽太危險了。

處於科普的目地簡化解釋固然沒錯,但是這種解釋如果輕而易舉就被另乙個生活常識擊敗還能叫正確的解釋嗎?天狗食月起碼還能同時解釋日食和月食呢。

17樓:神之刺客

捏水管口瞬間,出水口變小而水龍頭出水速度和水管口出水速度不變,水管內壓強變大,壓向兩頭,所以管口出水速度變大,水龍頭出水減小。

18樓:Brandosky

不請自來。

很複雜的公式就不擺出來了,首先你要明白的是,1.自來水可以理解為恆壓供水,2.手捏水管改變了出水口面積,同時為管道末端強行增加了乙個能量損耗點。

邏輯是這樣的,手捏住水管減小了出口斷面面積,如果流量不變的話必然導致出口流速增加。但是與此同時,手捏管也增加了管道出口區域性能量損失,繼而增加了整個管道系統的能量損失,因此管道所輸送的流量必然減小,流量減小那麼流速也要減小,。。。咿?

矛盾了是不? 其實並不是,為什麼?因為你手捏管還減小了出口面積呀~雖然流量減小了,但是相比面積所減小的程度,流量減小的那一點點不值一提,所以直觀上看流速還是增加了,水流更急也更遠了。

歸根到底,就是因為你手捏管,使得出口面積減少的特別多,而出口處的阻力只增加了一點點,對流量影響實在是太小了。

你要不信,開啟水龍頭,再慢慢關上,你會發現水並沒有越來越急,反而越來越小,為啥呢? 因為水龍頭關上的過程中不僅減小了出口斷面面積,同時提供了極大的阻力,造成了很大的區域性能量損失,導致流量減少的太多了,所以即便出口面積也變小了,但是流量下降的趨勢更明顯,因此直觀的看,水流變小了。

以上です

19樓:

哎,假設同樣量的水,水桶口裡全部倒出來快還是杯子口裡倒出來快?嗯,如果想要倆同時間倒完,怎麼辦?杯口流出的當然要快了啊。快了會怎麼樣,滋得更遠了唄。

20樓:

怎麼都在說流速=流量/橫截面積?流速取決於壓力差,因為是流向大氣所以背壓不變,但是流出口以前的水因為碰到區域性阻力所以整個水管的流速降低,物理學中叫滯止。流速降低後,流體的一部分動壓轉換為靜壓,在這個靜壓和背壓差的作用下出水口流速增大。

不過是簡簡單單的能量轉化而已,你們確定學好了流體力學?

21樓:

這個問題一眾大神已經回答的很好了。不反對其他人的答案,只是做一些補充。

先放結論:不捏水管的時候,流速由水龍頭的流量主導;捏水管的時候,流速由水壓主導。

現實的來看,膠皮水管一般內徑大於水龍頭內徑(水龍頭全開狀態)。所以水龍頭鐵水管中的壓力,決定了水龍頭的出水量(此處應有公式),而膠皮管內徑大,截面積大,故流速低。

當人為的減少出水口面積的時候,流速提高,膠皮管水壓提高。直到出水口截面積減少到水龍頭截面積時候,達到最大流速和最大壓強。此時,繼續減小截面積,不能提高流速,故流量減少。

如圖:(幾何畫板將就了)縱座標是流速,橫座標是出水口面積,水管的截面積是1。

@聶鑫@王子祺我不確定是不是忽略的重要的細節,幫忙看看。

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