想設計一個裝置,是一個裝水高度為15CM的容器,裡面灌10KG的水,問底部應開一個多大的孔,水能在五天漏完?
01-11
謝邀
@壽天學的答案是在不考慮液體張力的前提下的答案。
我想補充的是,可以稍微加工大一點口徑的細孔,孔的深度可以適當深一些。使用的時候,可以將一小段細繩穿過這個細孔,限制水流的速度,並達到將水慢慢的引出目的。不知道能不能滿足你的需求。
粗略估算一下不考慮初始靜止到開始漏水的加速過程,不考慮水面的起伏,洞口很小認為出口各點速度均勻可以認為任何時候從底部漏掉的水就是水面降低的那部分
能量守恆,有mv^2/2=mgh,即出口速度v=√(2gh)
流量(也就是水量變化)dV/dt=洞口面積s*出口速度v=s√(2gh)假設容器橫截面積S固定,V=Sh,有S*dh/dt=s√(2gh)求這個方程有(積分過程略):st=S√(2h/g)
取g=9.8N/kg,t=24*3600*5=432000s,h=0.15m得到s/S≈4*10^-7認為室溫下水密度為1kg/L,總體積就是V=10L,則S=10L/15cm=666.7cm^2s≈0.00027cm^2=0.027mm^2也就是大約0.027平方毫米,如果是圓孔的話,直徑差不多0.18毫米左右,和一個小小的針尖差不多
當然忽略了很多因素,各處水速度的不均、水面的不平、表面張力、水的蒸發等而且這麼小的孔,表面張力會起非常大的作用,水很可能不是成一條細線留下而是一滴一滴落下,速度就不是均勻的了,總之實際差別會很大,但有一點可以確定的就是,孔會非常小,甚至比一些縫衣針針尖還小,就算做實驗利用日常生活工具不是很好精確加工……不懂……
試驗性的設想一下
我的思路是設孔的面積為X10KG=10L=10立方分米將這些水以X為底面積假設成均勻的圓柱體得出帶X的該圓柱體的高度H然後水是自然下落的即加速度=g加速度有了,路程有了,時間也有了,就能列出解X的等式了吧……哈哈……只要算這個高度H的圓柱體以g的加速度能在120小時正好全部通過這個面積為X的孔就能得出X說的不對勿怪啊~~~推薦閱讀:
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