作者leo80042 (方力偶)
看板Physics
標題Re: [問題] 澆花 連續方程 白努力方程
時間Sun Mar 29 01:57:58 2009
我的想法跟heisen大比較接近
但我一開始就考慮理想且不可壓縮的流體
假設通過一條兩端管徑不同的水平管子
(像是喇叭一樣)
則根據柏努力方程式有
P1 + 1/2 ρV1^2 = P2 + 1/2 ρV2^2 (感謝Allen指正 囧)
其中管徑粗的一端速度為V2
從細管徑端(也就是原po捏住的水管口)出來速度為V1
還有連續性方程 A1 V1 = A2 V2,A1 < A2 故 V1 > V2
假設管徑粗的一端接到水塔下
且水塔內沒有空氣只有水
那麼P2 = ρgh,由水壓貢獻壓力
而因為通過管子的水會噴到空氣中
P1 = 1大氣壓
把以上條件都代進去之後
可以發現只要 P2 > P1
也就是水壓足夠讓水克服水管外的大氣壓力而噴出來
能量守恆就可以成立
因此我猜原po的問題
只是因為少考慮壓力項的影響
(就跟我一開始看到他文章時一樣...XD)
基隆人學長講得好像很有道理
可是一來我看不懂 (默)
二來我覺得簡單的流體問題考慮到摩擦項影響
甚至熵、溫度變化、邊界條件等等
都太難以理解了
總之我認為這個問題用理想情況分析就夠了
※ 引述《heisen (量子遊戲)》之銘言:
: 設水塔截面積為A,水流速率v,水表面具塔底高h,
: 水管出水口的截面積B,水流速率u
: 考慮經過時間dt
: 塔口與水管出水口的壓力=大氣壓力P0
: 連續方程:Av=Bu
: 伯努力方程:P0+(mv^2)/2Avdt+(mgh)/Avdt = P0+(mu^2)/2Budt
: 則(mv^2)/2+mgh = (mu^2)/2
: B、u的大小會與v(液面下降速率)的大小有關(A考慮不變)
: 從這地方在去想,應該可以解決你的問題
: | |
: |--------------- |
: | |
: | |
: | |
: | |_____________
: |______________________________
: ※ 引述《cosmo2256 (號暱稱)》之銘言:
: : 突然想到這個問題
: : 假設現在用裝在樓頂水塔的水 用一根橡皮管子接水 然後澆花
: : 不考慮任何摩擦力 並假設水是不可壓縮流體
: : 若水管管徑永遠相同
: : 則水龍頭一打開 水會流出 假設離開管口時水的速度為u
: : 並假設水量很少 以至於速度皆為u 則此一小段水之動能為1/2 * mu^2
: : 此動能即水塔損失之水由重力作功得來
: : 現在重來 一樣水塔 裝一樣多水 所有假設一樣
: : 但這次將橡皮管口截面積逐漸收緊捏小(但管口尚未緊收部分 管徑仍然和上次一樣)
: : 根據連續方程 再與上一實驗相同時間內 流出的水量將一樣多(m一樣)
: : 根據經驗 或是連續方程 或是白努力方程 離開管口時水的速度為 v > u (噴的比較遠)
: : 然而此時水之動能1/2*mv^2 將大於1/2 * mu^2
: : 位什麼會這樣呢?? 能量無中生有??
: : 也許你會說兩次單位時間內出水量不一樣多 只不過速度會增加而已
: : 即便如此 那也不過是要用比較久的時間把水噴完罷了
: : 但每次噴出水的速度既然增加 而最後噴出總水量又是一樣的
: : 同樣代表總動能變的比第一次多了
: : 難道說用窄口噴出的水來發電 可以獲得比正常口徑時較多電量???
: : 每次我想到白努力 流體 就會有很多不懂的地方
: : 也許關鍵就在於我上面提出的問題裡 希望看懂的人能幫我釋疑 :)
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 64.55.144.32
1F:→ leo80042:這個問題居然困擾了我兩天...原本以為很簡單 唉= = 03/29 02:03
※ 編輯: leo80042 來自: 64.55.144.32 (03/29 10:26)
2F:推 Keelungman:只用理想狀況分析, 管口有沒有捏細, 出口水速應該一樣 03/29 16:04
3F:→ Keelungman:做物理要有抓到關鍵點的直覺, 引入該引入的條件 03/29 16:06
4F:→ Keelungman:所以這問題的根本只要抓到摩擦損耗即可, 其他的不重要 03/29 16:07
5F:→ leo80042:我認為這就是我們分析的差別,為什麼出口水速會一樣 03/30 00:44
6F:→ leo80042:在我看來摩擦才是不重要的項啊... 03/30 00:44
7F:→ chungweitw:因為出口處的壓力是一大氣壓. 和水塔頂端一樣. 03/30 22:57
8F:→ chungweitw:所以不考慮摩擦的話, 出口水速會相同. 03/30 22:57
9F:→ chungweitw:但是明顯違反事實. 03/30 22:57
10F:→ leo80042:噢 我的水塔假設是真空的 而且我只看水管兩端 沒看水塔頂 03/30 23:07
11F:→ leo80042:所以出口水速就是不同,跟經驗一樣 03/30 23:07
12F:→ chungweitw:你說的沒錯..水管兩端, 會因為一擠而改變速度. 03/30 23:16
13F:→ chungweitw:但是這不是原發問者的疑問. 03/30 23:16
14F:→ chungweitw:他是問擠之前 和 擠之後 噴出的速度為何會不同. 03/30 23:17
15F:→ chungweitw:擠了之前和之後, 水管裡面的流速會不同的. 03/30 23:19
16F:→ leo80042:應該不是吧 他是問說為什麼擠水管會造成能量不守恆 所以 03/31 01:19
17F:→ leo80042:我給了一個簡單的model來說明"即使管徑改變能量還是守恆" 03/31 01:19
18F:→ leo80042:水管流速會不同也可以從我的說法看出來,就不詳述 03/31 01:21
19F:推 Keelungman:如果能量守恆是對的, 出口的水速只受兩端壓差決定 03/31 09:07
20F:→ Keelungman:壓差固定了, 出口水速就固定了 03/31 09:07
21F:→ leo80042:是的,是固定的,所以壓差提供兩端動能差,流速會不同 03/31 09:11
22F:→ leo80042:我把捏管子這件事考慮成管子兩頭的管徑不同 03/31 09:12
23F:→ Naturalist:樓上還是不懂嗎 這裡的速度差跟你兩端管徑根本沒關 03/31 09:29
24F:→ Naturalist:不然我問你如果兩端管徑相同 照你的說法因為A1=A2 所以 03/31 09:32
25F:→ Naturalist:V1=V2 那壓差提供的動能跑哪去了? 03/31 09:33
26F:→ leo80042:好像有道理耶 讓我想想 03/31 12:38