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超级台风携巨量水汽登陆，小编教你如何快速“丢掉水分” | 正经玩

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2024-11-02 12:00

正文

最近，超级台风来袭，
风雨交加，出行受阻，
但湿漉漉的世界中，
穿行着不屈的工作之魂，
我们今天就和这场潮湿作战！
一起来“去去水”！



实验器材


空塑料瓶、水缸、吸管（两种）、剪刀、胶布、纸片、所标杯



花式“去水”，冲击速度





第一种：
当我们想把瓶中水倒掉，我们往往会这样：


计算了一下所花的时间，是4.11秒，不够快呀。
拉满战斗力，开始追求速度！
第二种：
当水瓶彻底倒立是不是会让水更快流光呢？接等量的水，开始验证。


果然竖直着倒水时，水受重力下落时受到水瓶的阻力减少，流出得更快了，花了3.22秒。


但仔细观察这个过程，水的下落很明显伴随着空气的“艰难”灌入。


所以影响水流出的另一重要因素出现了——气压。当瓶内空气气压小于外界大气压时，也会对水流出产生阻力。怎么办呢？


第三种：
最近台风来袭，台风眼的图像频频出现：
水也能形成这种现象呀！当水也旋转起来，就能产生一个水漩涡，从而在水中形成一个通道。


于是，我们让水转起来：


成功了！水流出只花了2.14秒。将水旋转起来后再倒，水中产生了一个让空气进入的通道，实现了内外气压的平衡，水流出的阻力大大减小了。
第四种：
有没有更“优雅”的方法来平衡内外气压呢？(刚刚晃瓶子时手带出水花被小编截图截掉了~)
上一种方法能提升速度是因为创造了一个通道，空气能顺着漩涡形成的空腔进入，那除了手动制造通道，我们也能借助工具来产生通道。拿出吸管，打算优雅地完成快速倒水：


果然借助吸管水更快地下来了，只花了1.00秒，这个通道比水漩涡通道形成得更丝滑。虽然用手指固定吸管这一点是一个小小的瑕疵……
第五种：
现在，来到我们的最后的版本：


这次选用了方便用胶带固定的弯吸管来完成倒水过程，却发现比上一种慢一点，花了1.73秒。
也对，毕竟这次的通道更细，空气进入没有上次方便。
原理解说




从正常倾斜倒水到垂直倒水，这两种“去水”速度都不够快，这是因为大于水体上方气压的外界大气压在阻止水流出。在最极端的情况下，水甚至都不能流出，内外气压差让水保持着静止。


为了让水更快倒出，我们需要创造连接水体内外空气的通道，而不是靠着气压差将外界空气艰难地挤入水中，当空气能流畅地进入，内外气压差自然就被平衡了，水的流出速度也被提升了。
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