← 返回列表

旋转圆桶液面问题的压力差证法

·生活记录

今天看到个题感觉很有意思:

一半径为R的圆桶中盛有水,水面低于圆筒的顶部。当它以角速度ω绕竖直轴旋转时,水面呈平面还是抛物线?试证之。

很贴切生活的一道题,根据生活经验,毫无疑问是抛物线。但是如何证明呢?
既然是旋转,那总有力来提供向心力。外侧液面高,根据压强公式ρgh,h越大,压强就越大,外侧液面高,对内测低液面的部分的压强就是用来提供向心力的力。

图1

其中

\[y_2-y_1=dy\]

外侧压力提供向心力
\[\rho gdyS=mx\omega^2$$$$m=\rho Sdx\]

上两式联立
\[gdy=\omega^2xdx\]

液面最低处为0,从此处积分
\[\int_{0}^{y}dy=\frac{\omega^2}{g}\int_{0}^{x}xdx\]

\[y=\frac{\omega^2}{2g}x^2\]

得到的结果和网上查到的一致,但是目前并没有看到这种解法。
链接中的三个解法是最常见的,搜到的也都是这三个中的一个,有用势能去平衡,有平衡压强来求解,也有通过受力分析去解决。其中受力分析中的水平方向的部分单拎出来细说,就是上面的求解过程。

本文作者:富强

文章标题:旋转圆桶液面问题的压力差证法

本文地址:https://hittlrw.top/index.php/archives/41/

版权说明:本文皆富强原创,转载请保留文章出处。

发表评论

42 ITEMS 关于