趣味物理：為什么水桶甩著轉(zhuǎn)的時(shí)候里面的水不會(huì)潑出來(lái)？

1、趣味物理： 為什么水桶甩著轉(zhuǎn)的時(shí)候里面的水不會(huì)潑出來(lái)？“把盛水的器皿甩著轉(zhuǎn)的時(shí)候，里面的水不會(huì)潑出來(lái) ;甚至把這個(gè)器皿轉(zhuǎn)得底朝天，水也不會(huì)潑下來(lái)。因?yàn)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)阻止著水潑出來(lái)?！边@是二千年前亞里士多德寫(xiě)的幾句話。圖 178 畫(huà)的就是這個(gè)試驗(yàn)：盛水的桶轉(zhuǎn)得足夠快的時(shí)候，即使你把桶轉(zhuǎn)得桶底朝天，像圖上所畫(huà)的那樣，桶里的水也不會(huì)撥下來(lái)。毫無(wú)疑義，許多人都曾經(jīng)做過(guò)這種試驗(yàn)。這種現(xiàn)象平時(shí)都把它解釋成由于“離心力”作用的關(guān)系。離心力是一種想象的力， 它好像是加在物體上的， 物體受了它的作用，總想遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)軸。這種力其實(shí)并不存在：物體所以要遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)軸，不過(guò)是慣性的一種表現(xiàn)，而所有由于慣性的運(yùn)動(dòng)，都是不必用力就可

2、以實(shí)現(xiàn)的。在科學(xué)里，離心力的意思不是別的，只是旋轉(zhuǎn)著的物體拉緊縛住它的線或是壓在它的曲線軌道上的實(shí)在的力。這種力不是加在運(yùn)動(dòng)著的物體上的，而是加在阻止物體做直線運(yùn)動(dòng)的障礙物線、轉(zhuǎn)彎地方的鐵軌等上面的。讓我們拋棄掉那種意義不明確的離心力的概念， 來(lái)研究水桶旋轉(zhuǎn)時(shí)候所產(chǎn)生的現(xiàn)象的原因。我們可以先向自己提出這樣一個(gè)問(wèn)題：如果在桶壁上開(kāi)一個(gè)孔，沖出來(lái)的那股水要向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng) ?如果沒(méi)有重力，這股水在慣性作用下，會(huì)沿著圓周AB的一條切線AK沖由去（圖178）?？墒侵亓?huì)強(qiáng)迫這股水落下來(lái)， 形成一條曲線（ 拋物線 AP） 。 如果圓周速度夠 大，這條曲線就會(huì)落在圓周 AB 的外面。所以這股水告訴我們， 如

3、果不是桶阻礙著， 在桶轉(zhuǎn)的時(shí)候水會(huì)走什么樣的路線。現(xiàn)在已經(jīng)很明白，水根本不會(huì)豎直向下落，因此也就不會(huì)從桶里潑出來(lái)。水只有在一種情況下會(huì)從桶里潑出來(lái)，就是桶口朝著旋轉(zhuǎn)的方向。現(xiàn)在讓我們來(lái)計(jì)算一下， 在這個(gè)試驗(yàn)里水桶要轉(zhuǎn)多快， 水才不會(huì)向下設(shè)。這個(gè)速度應(yīng)當(dāng)是： 旋轉(zhuǎn)的水桶的向心加速度要不比重力加速度小。因?yàn)橹挥羞@樣，才會(huì)使水沖出來(lái)的時(shí)候所走的路線落在水桶所畫(huà)的圓周的外面，而桶不管轉(zhuǎn)到哪里，水也不會(huì)從桶里潑出來(lái)。計(jì)算向心加速度a 的公式是： a=v2/R 在這里，v 是圓周速度， R 是圓形路線的半徑。在地球表面上的重力加速度 g=9.8 米/ 秒 2，因此我們就有了一個(gè)不等式：v2/R≥9.8假設(shè)R等于70厘米，那么，v2/0.7≥9.8所以， v≥2.6 米/ 秒很容易算出， 要得到這樣大的圓周速度， 只要我們拿繩的手每秒鐘大約轉(zhuǎn)三分之二圈就夠了。這樣的旋轉(zhuǎn)速度是完全可以做到的，所以這個(gè)試驗(yàn)?zāi)芎敛焕щy地做成功。在容器依著水平軸轉(zhuǎn)的時(shí)候， 液體會(huì)壓在容器的壁上。 這種性質(zhì)在技術(shù)上已經(jīng)利用在所謂離心澆鑄上。這里主要的是：第 5 頁(yè)不均勻的液體會(huì)按照它們的密度成層地分開(kāi)來(lái)。比較重的成 分會(huì)落在離旋轉(zhuǎn)軸遠(yuǎn)的地方，比較輕的成分會(huì)落在離軸近的 地方。因?yàn)檫@樣，含在熔化的金屬里會(huì)在鑄件里造成氣泡的 氣體，就從金屬里分離出來(lái)，