一根棉线一个水桶，来给水“凹”造型 | 正经玩

正经玩每周六上午会推送一个好玩的科学实验，可以由家长大朋友带着小朋友在家里动手操作。希望正经玩陪您度过每一个温馨的亲子周末，让小朋友的童年充满知识、爱和陪伴。

引子与先睹为快

上期正经玩中我们吹了一个大肥皂泡

简单模拟了大气环流

（当然，这不叫模拟，只是比喻）

其实，大气系统的表现非常有趣

大部分时候风平浪静

但是一旦两股气流强烈对撞

就可能形成灾害性天气

龙卷风大家耳熟能详十分恐怖的天气

但它是美国的常见天气灾害而中国不常发生

因此对大部分小伙伴来说

可能只在电视里见过

现在，如果我们有一个水桶

你相信会在水桶中模拟出龙卷风吗？

最简单的方法是

我们把水桶用绳子钓起来

那么它将悬空，且只有一根绳子连接支点

这时候，我们拨动这个水桶

水桶就会均匀的转起来

好了，现在告诉我

水桶里的水面是不是变成了“龙卷风”型？

实验过程

实验器材：所标杯、矿泉水桶、毛线、剪刀、塑料棒

首先我们先准备一根比较长的毛线

剪断并折叠几次加强毛线的承重能力

然后把弄好的毛线缠绕在矿泉水桶瓶口上

从两端留出两条线以便系起来

然后拿出塑料棒

把毛线牢固地系在塑料棒上

然后我们用力转动矿泉水桶

我们就会发现桶里的水开始跟着旋转起来

中心的水面开始往下掉凹了下去

形成了一个新的弯曲的水面

为了知道这个曲面的形状

我们拟合了几个水面

发现水面都与抛物线拟合较好

这说明这个曲面极有可能是抛物线

这里放一个逐渐转速变大并产生抛物面的视频效果更好

https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?vid=i07665b2yfc&width=500&height=375&auto=0

原理解说

当桶旋转起来以后

由于水有粘滞，桶壁会带动桶中的水一起旋转

桶中的水转动起来后在重力的作用下便可形成抛物面

我们来进行一个非常粗糙但简单的分析

我们取转动以后距离转轴中心为x的一块薄片水

对其进行受力分析

一个沿着y方向的重力mg

和一个沿x方向的等效合力离心力

这两个力在垂直与切线方向的分解力是相同的

则有mgsinθ=mω²xcosθ

然后由于曲线切线方向等于tanθ

所以有tanθ=dy/dx=(ω²/g)x

求解即得y为x的抛物线方程

在很久之前牛顿也注意到了这个现象

并认为可以利用这一点测量重力加速度

同时旋转液体的抛物面可以用来聚焦

特别是水银具有很好的反射性

旋转起来的水银可以起到反射镜的作用

这种液体反射镜可以代替大型天文望远镜中的玻璃反射镜①

①参考文献：浙江大学物理实验教学中心：旋转液体综合实验

上期回顾

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01-廖鑫的实验分享如下：

02-夏目漱石的实验分享如下：

03-^O^的实验分享如下：

04-治林的实验分享如下：

投票时间于8月28日00:00（即星期二12点整）截止

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