杯中失重液體碰撞地板產生之反衝噴流砲

科展類別

臺灣國際科展作品

屆次

2023年

科別

物理與天文學

學校名稱

國立臺南女子高級中學

指導老師

楊才民

作者

江丞琳;李昀臻

關鍵字

微重力、表面張力、噴流

摘要或動機

水杯落下,撞擊地面後可產生高速累積噴流。分三階段:失重落下、撞擊、累積噴流。 微重力下,水坑深度d隨落下時間t漸增,達上限後不再增加d=dmax(1-e-δt)。親水性接觸面使水面形成球狀水坑。接觸角越大則水坑深度上限dmax越大,最大水坑為半球形,水坑抬升速度係數δ與表面張力及黏滯力比值有正相關。 撞擊時巨大慣性加速度G=131g使水坑崩塌並彙集,累積效應放大原速度,產生高速累積噴流Vjet2=Kv2。累積係數K與水坑深度d正相關,半球狀水坑K=18。h0不高時,水坑未成型,K值小,累積效應小;水坑成型後,K值達極大,Vjet2與h0成固定最大斜率關係。 噴流向上為拋體運動,最大高度Hmax=Kh0。 圓柱PET水瓶,直徑5.5公分,水量60ml-100ml,由25公分落下,形成近3公分水坑,撞擊產生10m/s累積噴流。水量不足30ml,因無法形成水坑且液體與杯底摩擦,無累積噴流。30ml至100ml無明顯差異,故30ml能量轉換效率最佳。

TISF2023-160031.pdf

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