如果將一個圓柱形裝了水的瓶子帶有高速旋轉扔向空中,瓶子中的水會是怎麼樣的?瓶子重心在空中是怎麼變化的?
求大神解答,上午和同學討論了很久也沒有什麼結果。
我們假設在扔之前,圓柱容器中是等角速度旋轉的液體,此時受向心加速度影響,質量力(R)分為重力和離心力。
由歐拉靜平衡微分方程式(▽p=ρR)可以得到液體內壓強分佈。
推導過程就是將加速度帶入公式啦
最後通過積分可以得到壓強分佈。
由於液麪邊界條件已知(大氣壓),將邊界條件帶入壓強分佈公式,可以得到自由液麪方程:
Z=r2ω2/2g 其中Z為液麪相對於液麪最低處上升高度
可以看出液麪上升高度與角速度平方成正比,自由液麪為一個拋物面。
瓶子向正上扔出後,假設只擁有單向速度,不存在旋轉,且忽略液體粘性耗散,此時由於重力影響消失,容器內液體相當於處於失重狀態。
如果失重時間夠長,扔得足夠高,最後液體會變成一個旋轉著的均勻的圓環柱體,而時間過短直接墜地,墜地前那就是一個中間過渡狀態。
至於重心,一部分液體沿著壁面向上了,重心自然是上升的,當然這個上升不是相對於地面,是相對於瓶子底。
水咋沒啦
水在搖擺
難道不是還在瓶子裏嗎……
水的多少沒變,瓶子裏的水一直都是滿的,管他怎麼轉,重心不都還在原來那個位置嗎?
理想情況下,運動狀態和中心位置與瓶子大小,水的質量,轉軸位置都有關,情況很多很複雜。
瓶蓋關緊拋向空中,現實情形中,瓶子並非豎直向上,水在固定體積中不斷流動,瓶子重心G=mg,與密度和質量有關,所以非理想狀態下,無法確定
會形成水窩
旋轉
理想情況下,物體的重心只跟物體的形狀和密度有關,跟其他因素沒有關係——高中物理。
重心一定是時刻在變化,不過不知道你有沒有看過流浪的地球,領航員上靠旋轉模擬重力……
瓶子裏的水時刻保持不變,重心時刻在改變,貌似因為失重的原因。。
裝滿還是存在空氣,裝的水量不一樣情況都不同
就個人有限的高中的 不實際專業的知識而言。理論上能轉重心還是中間。那是理想條件。
很大可能是轉不起來,由於水自身的慣性,在瓶子內部流動,不斷改變重心相對位置,破壞了瓶子的穩定性,因此會很快的停止。
ps:純屬個人見解,非專業人士
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