[問題] 國中理化 問水槍內部壓力的問題

看板Physics作者 (大家好)時間10年前 (2015/06/20 00:54), 10年前編輯推噓9(9推 0噓 58→)
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【出處】 國中理化 2下 第六章 力與壓力 【題目】 如下圖之竹製水槍，當活塞向左推時，ABC三點所受壓力，何處最小？ (圖片說明：水槍出水口在左方，A點非常靠近出水口，C點最靠近活塞) ______________ __ o | | |______ o|A C|活| |/______(推) o o| B |塞|______|\ o |______________|__| 【瓶頸】 答案是A點的壓力最小 其實有點想不通為何是A點壓力最小 為了釐清問題，將問題分析如下 前提不考慮三點水深 把水槍的題目分解為下列兩個問題： (1) 尚未壓水槍時，三點是否有壓力差？ (2) 壓了水槍之後，三點是否有壓力差？ 目前的想法(1)應該沒有壓力差 若有壓力差，水應該會流動 而(2)壓了水槍後 水會向外流動的原因 是由於水槍內部(水)與外部(空氣)的壓力差 導致水由內向外流動 至於三點是否有壓力差 若根據帕斯卡原理，密閉容器內各點所受之壓力變化是相同的 但這裡並非是密閉容器 帕斯卡原理是否適用於此？ 因為若帕斯卡原理在此適用，且(1)答案為各點壓力均同，則此題答案應是ABC壓力均相同 若帕斯卡原理不適用，那究竟答案應為何？ 所以答案給了A點壓力小令人困惑 不知道是不是自己的概念出了問題 有請高手指教 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 114.36.175.57 ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Physics/M.1434732870.A.C68.html
推
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高中的話可以用白努力去想 速度跟壓力的關係
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出口通大氣，一大氣壓
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這題用白努利是錯的。
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三點的流速相同，硬套白努利上去會得到三點壓力相同，顯然
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錯誤。
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因為白努利只能用在沒有外界做功的狀況，但是這題有活塞
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正確的看法是這樣：管子裡的水流速均勻，所以加速度也必須
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均勻
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舉例來說，考慮管子正中央 ，就是把水柱分成兩段來看
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靠活塞那段受活塞推力和後半段的壓力，而後半段只受前半段
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的壓力
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但是兩段的加速度一樣，代表所受的合力也一樣
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所以在正中央的壓力必須是活塞壓力的一半
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要算其他點的壓力就把水柱切在其他地方就是了
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總之結論是，越靠近開口壓力會越小
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但是，我再強調一次，白努利不能用在有外界做功，流速隨時
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間變化的問題上面
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我喜歡YJM1106的說法。
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其實是機械或化工的piping system的觀念，上游流體要克服
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下游整段的管路壓損，所以越往下游，所測到的壓力越低
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阿，靠腰，國中題目喔…當我沒說
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推
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本來想說白努利 速度最快的地方壓力最小 結果錯了
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推
06/20 21:27, , 23F
我也以為是機械系考題= =
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切出free body diagram 解F=ma再除面積算各點壓力
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推
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國中而言是很爛的題目
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推
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竹水槍和一個口徑漸縮的水管有類似之處
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不過我覺得實際的水流應該不會這麼單純。
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總之水在接近出口時會是速率漸增的
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速率漸增的水體也可以想到它正受到前後壓力差的作用
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原po的圖沒畫那個噴口啊。
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E大，這不一樣啦，典型題目有兩種，一種漸縮，一種是孔口
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有差別的
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推
06/21 15:49, , 34F
我看題目是想到Poiseuille's law 直接用壓力差跟距離
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回Entropy1988，出水口是平的戳一個洞。
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因為這裡不是密閉容器 所以請問這題可以使用帕斯卡原理嗎? 這是我目前覺得最困擾的一個地方了 感謝各位的討論 討論到這裡，讓我覺得這個題目很有爭議，對於國中生顯然不是個好題目。 ※ 編輯: bananahen (114.36.164.250), 06/21/2015 18:05:53
推
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如果槍內到處等速，沒有可能壓力到處都一樣嗎？
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這問題用國中範圍的觀念是否無法思考？
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嗯？一定有洞啊 沒有洞水就不可能噴出來啊？
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而且無論如何水就是要想辦法擠過那個洞不是嗎？
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你們說題目是一個洞 跟題目是一個洞再接一個內徑跟
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洞一樣的小水管，問題有本質差別嗎？(雖然說那個小水
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管只是我沒有想太多就畫上去的，其實也可以拿掉)
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推
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3算法有差異，背壓的關係
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算法有差異，背壓的關係
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就算你們不願意 小水管也會存在 它的長度是容器的的
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厚度
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好啦，有沒有小水管都好，你用白努利下去算都是錯的
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或者應該說，硬套白努利算出來的壓力差會比實際小，因為
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壓力梯度跟對時間的全微分成正比，但白努利的前提是steady
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state，即時間偏微分是零。
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所以硬套白努利等於少算一項。
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然後還有細竹管開口端根本沒有牆整面空的這種可能...
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這題以國中生而言，只要給壓力梯度的概念就可以了
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只要左側任何一點壓力比右側大 水就噴不出來，活塞還會
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倒著走回來 跟題幹噴水是不符合的
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關於竹水槍的構造的確是我腦補的。不過我覺得我不過
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分。原po沒有把出水口畫好，所以我也只好拿出回憶中
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的竹水槍。而竹水槍的出水口應該要比儲水區的內徑還
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要小，不然根本不好玩。
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wohtp你的意思是指 這東西沒有steady state?
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(我也知道沒有 畢竟活塞在動 不過我不清楚你確實的
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意思是指什麼)
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推
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同意YJM
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我就是說沒有steady state，所以不能用白努利
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可是某些情況可以有類似steady state的解 例如整個
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06/23 23:53, , 66F
腔體很長 活塞在距離出水口很遠的地方等速推進
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則在出水口附近看起來很像穩態
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