问题
问答题
有位同学做了个小实验,他在杯中放了半杯水,找了一张普通的纸盖在杯口光滑平整的玻璃杯上,按住纸翻转杯子、松开手,他惊呆了:水居然不流下来,如图甲所示.已知玻璃杯粗细均匀,杯子内底部到杯沿的高度为12cm,杯中水的高度为6cm,大气压强为1.013×105Pa.该同学在经过仔细观察后发现,翻转后,纸略往下凸,其平均下凸高度为0.35×10-3m(见乙图),g取9.8m/s2.请你通过计算说明水不流下来的原因.
答案
杯子中原来气柱的高度L1=6cm,P1=P0;
后来杯子倒过来,气柱的高度L2=6cm+0.035cm=6.035cm,
设杯子的横截面面积为S.
杯子内气体做等温变化,由玻意耳定律得:
P1L1S=P2L2S
解得:P2=
P1=L1 L2
×1.013×105Pa≈1.007×105Pa6 6.035
杯子中水柱产生的压强为P水=ρgh=1.0×103×9.8×6×10-2Pa=588Pa=0.00588×105Pa
杯中气体的压强加上水柱的压强为P=P2+P水=1.007×105+0.00588×105Pa≈1.013×105Pa=P0
即杯中气体的压强加上水柱的压强正好等于大气压强,处于平衡状态.所以,水不会流出来.