失重下的Torricelli實驗

失重下的Torricelli實驗

目的

慣性座標系(inertial frame)與非慣性座標系(non-inertial frame)的關係


實驗

實驗裝置:將保特瓶瓶蓋及瓶子下部側面開孔,注入約八分滿的水
用手舉高靜置,觀察水流方向,然後放手使其自由下落,亦同時觀察水流方向。

 

 

 

原理思考

起始情況:手拿高靜置時,水會從小孔流出。
後來清況:放手後,水不會從小孔流出。

 

1.此時瓶子處於慣性座標系,瓶中運動的水則是處於加速座標系。亦可這樣想,水面和小孔面的距離不大故可假設其所受的大氣壓力均相同,故和大氣壓力無關,但在小孔面上的水受重力的影嚮,給小孔面一水壓,此時的小孔面是沒辦法像其它的瓶壁給予水一正向力使水留在瓶中,故水會從小孔中流出。
2.此時兩者均處於相同的加速座標系中。亦可這樣想,此時瓶中的水處於失重狀態,故小孔面上的水無法給小孔面一水壓(可想像為在失重的情況下,秤是無法量出物重),故水無法流出。

 

討論

1.若改為鉛直上拋,此時的水流情況為何?
2.若瓶蓋未開孔進行上述實驗,水流的情況會是如何?
3.瓶子下落時,所產生的氣流對此實驗有何影嚮?

 

1.N/A
2.因為大氣壓力的關係,使水不會流出,但在剛裝好水的時候,仍會有些許的水流出,是為了使瓶中空氣及水對洞所產生的壓力,剛好等於外在的大氣壓力。
3.N/A

 

關於實驗

1.開孔直徑約4mm即可
2.演示時注意會造成地板溼滑


參考資料

“Fundamentals of Physics", 7th ed., John Wiley & Sons, 2005, New York. Ch5.D. Halliday, R. Resnick, J. Walker

 

製作

v.1 黃時霖


指導老師

朱慶琪


 撰稿 

黃時霖、朱慶琪