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在水底发射火箭,是一种什么样的体验

2022-08-02 中科院物理所 阅读:
前两天问天发射仓的成功发射有燃到小编的航天梦!追本溯源,物体升空需要动力那在水里能不能实现呢?让我们来动手试一试实验器材所标杯、玻璃杯、吸管、液体胶实验过程如果我们将一截吸管放入水中,我们知道由于吸管

前两天问天发射仓的成功发射Tbzednc

有燃到小编的航天梦!Tbzednc

追本溯源,物体升空需要动力Tbzednc

那在水里能不能实现呢?Tbzednc

让我们来动手试一试Tbzednc

实验器材Tbzednc

所标杯、玻璃杯、吸管、液体胶Tbzednc

Tbzednc

实验过程Tbzednc

如果我们将一截吸管放入水中,Tbzednc

我们知道由于吸管材料的密度稍小于水,Tbzednc

吸管会飘在水面上Tbzednc

Tbzednc

不过我们可以给吸管注入一些配重,Tbzednc

比如液体胶Tbzednc

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将填满胶水的吸管投入杯中,Tbzednc

(要避免胶水内有气泡,Tbzednc

如果存在气泡的话可以在水中挤出)Tbzednc

果然吸管会沉到杯底Tbzednc

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由于吸管与液体胶的密度与水相差不大,Tbzednc

吸管在水中处于一个类似于“微重力”的状态,Tbzednc

轻轻搅动杯中的水,Tbzednc

吸管便会随之起舞Tbzednc

Tbzednc

此时我们可以耐心地等待,Tbzednc

看看吸管会有什么动作,Tbzednc

或者也可以接着搅动吸管玩,Tbzednc

加速这个等待的过程,Tbzednc

过了一段时间,Tbzednc

我们发现吸管的一端逐渐抬起,Tbzednc

并在接下来的几分钟趋于垂直Tbzednc

Tbzednc

这有几分像火箭发射前竖起准备的样子,Tbzednc

那么我们接着耐心地等待“火箭”的发射:Tbzednc

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Ohhhhh,它升起来了!Tbzednc

此时火箭会垂直地“扎”在水的表面,Tbzednc

如果我们轻轻地拨动水体,Tbzednc

火箭也会在轻微地摆动后缓慢扶正:Tbzednc

Tbzednc

不过随着“燃料”的耗尽,Tbzednc

吸管也会脱离稳定,Tbzednc

此时轻轻地拨动水面,Tbzednc

吸管便会浮在水面上了Tbzednc

原理解说Tbzednc

我们用的液体胶是低浓度的聚丙烯醇(PVA)胶体水溶液。PVA的相对密度为1.19,略重于水,所以吸管最开始会沉到烧杯底部。Tbzednc

PVA的羟基使得它溶于水,但高分子链使得它在水中的扩散较为缓慢,并且胶水与吸管壁的粘滞力进一步地减缓了这个过程。如果仔细观察吸管附近的液体,会发现丝状的条纹,就是浓度较高的PVA向外散的表现。由于吸管对胶水的约束,如果最开始吸管一端的PVA扩散较另一端更快,压强的作用会使扩散慢的那端受到额外的阻力。(可以看作缓慢流动的另一种液体,整体向吸管的一侧排出)Tbzednc

在胶水浓度低的这端,吸管及胶水的重力逐渐小于浮力,形成向上的力矩,将吸管竖过来,就如同火箭立起。而当整个吸管内的总重小于整体的排水量时,“火箭”便会“发射升空”了。Tbzednc

上期回顾 No.312 在铁片上拉“二胡”,我看见了二次元的声音 | 正经玩 01.种花兔的实验分享如下:Tbzednc

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02.【姚】的实验分享如下:Tbzednc

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03.Daisy-的实验分享如下:Tbzednc

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