趣味物理：為什么水桶甩著轉(zhuǎn)的時候里面的水不會潑出來？

1、趣味物理： 為什么水桶甩著轉(zhuǎn)的時候里面的水不會潑出來？“把盛水的器皿甩著轉(zhuǎn)的時候，里面的水不會潑出來 ;甚至把這個器皿轉(zhuǎn)得底朝天，水也不會潑下來。因為旋轉(zhuǎn)運動阻止著水潑出來?！边@是二千年前亞里士多德寫的幾句話。圖 178 畫的就是這個試驗：盛水的桶轉(zhuǎn)得足夠快的時候，即使你把桶轉(zhuǎn)得桶底朝天，像圖上所畫的那樣，桶里的水也不會撥下來。毫無疑義，許多人都曾經(jīng)做過這種試驗。這種現(xiàn)象平時都把它解釋成由于“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，總想遠離旋轉(zhuǎn)軸。這種力其實并不存在：物體所以要遠離旋轉(zhuǎn)軸，不過是慣性的一種表現(xiàn)，而所有由于慣性的運動，都是不必用力就可

2、以實現(xiàn)的。在科學里，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在的力。這種力不是加在運動著的物體上的，而是加在阻止物體做直線運動的障礙物線、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， 來研究水桶旋轉(zhuǎn)時候所產(chǎn)生的現(xiàn)象的原因。我們可以先向自己提出這樣一個問題：如果在桶壁上開一個孔，沖出來的那股水要向哪個方向運動 ?如果沒有重力，這股水在慣性作用下，會沿著圓周ab的一條切線ak沖由去（圖178）?？墒侵亓娖冗@股水落下來， 形成一條曲線（ 拋物線 ap） 。 如果圓周速度夠 大，這條曲線就會落在圓周 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)的時候水會走什么樣的路線?，F(xiàn)在已經(jīng)很明白，水根本不會豎直向下落，因此也就不會從桶里潑出來。水只有在一種情況下會從桶里潑出來，就是桶口朝著旋轉(zhuǎn)的方向?，F(xiàn)在讓我們來計算一下， 在這個試驗里水桶要轉(zhuǎn)多快， 水才不會向下設。這個速度應當是： 旋轉(zhuǎn)的水桶的向心加速度要不比重力加速度小。因為只有這樣，才會使水沖出來的時候所走的路線落在水桶所畫的圓周的外面，而桶不管轉(zhuǎn)到哪里，水也不會從桶里潑出來。計算向心加速度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不等式：v2/r≥9.8假設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，所以這個試驗能毫不困難地做成功。在容器依著水平軸轉(zhuǎn)的時候， 液體會壓在容器的壁上。 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 頁不均勻的液體會按照它們的密度成層地分開來。比較重的成 分會落在離旋轉(zhuǎn)軸遠的地方，比較輕的成分會落在離軸近的 地方。因為這樣，含在熔化的金屬里會在鑄件里造成氣泡的 氣體，就從金屬里分離出來，