一道物理競賽題揭開「希羅噴泉」的神秘面紗,到底什麼物理原理?

2020-12-04 物理畢業班

多數初二的中學生朋友們現在都已經在學習壓強知識,這一塊知識屬於中考物理必考重點內容,所佔分值很高,所考查題型非常廣泛,而且多是力學知識的綜合性應用,因此屬於中考的一個難點,中學生朋友們在遇到有關此類複雜問題時,往往頭疼不已。尤其是當壓強和浮力、滑輪、槓桿綜合到一塊時,其難度幾乎成了初中物理力學的最高峰。

關於壓強知識,初中物理主要講述了兩種類型的壓強知識:

一是定量學習「固體壓強」以及「靜止的流體產生的壓強」;

二是定性學習「流動的流體產生的壓強」。

在這兩種類型的壓強知識中,前者是最重要、最難、出題類型最多的。後者是屬於比較有意思的各種生活物理現象解答。

今天我們就通過一個非常有意思的物理現象,來說一下本章知識的一個生活應用問題。

很多中學生朋友們都見過一種在手機短視頻中非常火的「希羅噴泉」,但是多數中學生朋友並不了解「希羅噴泉」的物理原理,三個容器用管道連在一起就可以源源不斷的形成噴泉?好神奇啊!

難道有什麼非常複雜的物理原理蘊含在其中麼?

我們通過下面這道初中物理題揭開「希羅噴泉」的神秘面紗。

我們看到,上圖中的所謂的「希羅噴泉」其實是由三個容器,三根管子組成的。其中兩個容器密閉,一個容器開口。我們從液體流動的起始來分析一下,由於容器a在容器c的下方,因此,A管道中從a容器到c容器形成一定豎直高度差,因此存在一定的壓力差,所以,水會從a容器中向下流入c容器,從而導致c容器中的水逐漸增加,進而使得c容器上方空間的氣壓增大,而c是與b連通的,因此b容器上方氣壓變大,由於B管道的豎直高度小於A管道的豎直高度,所以b容器上方氣壓大於外界大氣壓和B管產生的壓強,從而在b容器內氣壓的作用下使B管道口有水噴出!

所以,要增大噴泉的高度,若b容器內空氣體積不變,即內部氣壓不變,則只需要減小外壓就能增大B管上下的壓力差,也就是說只需要減小B管道的豎直高度就能增大噴泉的高度。

由此看來,本題並不難,關鍵是要分析清楚水流產生的物理原因!

現在有個問題來了,如果此裝置一直長時間噴泉會如何呢?

聰明的中學生朋友們請解釋一下。

中學生朋友們,生活中處處都有物理知識,養成見物思理的習慣吧,為了美好的未來,加油!

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