瓶中龙卷风


瓶中龙卷风实验的假设是,水会快速从瓶子的顶部转移到底部,如果让水旋转,与仅仅冒泡相比,它会产生龙卷风。不同高度的风以不同的方向和速度运动是上升气流和空气旋转的主要原因。这种现象会导致龙卷风,被认定为自然灾害,因为它们是强烈的风在风暴系统下方形成漏斗。随着风旋转的持续,它的速度会越来越快,最终形成漏斗云。

什么是龙卷风?

实际上,龙卷风被认定为比所有其他大气风暴都更猛烈的风暴。龙卷风是在巨大的雷暴系统下方形成的旋转气柱。这些龙卷风非常难以发现,因为风是无形的。当漏斗云开始形成时,碎片、尘埃颗粒、水滴和烟雾聚集在一起,形成一个独特的龙卷风(Linfield 等人,2021)。有时,这些龙卷风会变得巨大并增强其速度,成为自然灾害之一。龙卷风的影响和形成可以通过实验来准备和观察,这个实验被称为瓶中龙卷风实验。

关于龙卷风的事实

下面列出了几个关于真实龙卷风的有趣事实。

  • 大多数龙卷风的風速在每小时 73 到 112 英里之间,并且在耗尽之前只会移动几英里。
  • 在这个猛烈风暴期间形成的漏斗云,龙卷风的宽度可以达到约 660 英尺(Linfield 等人,2021)。
  • 大多数大型龙卷风发生在下午 4 点到晚上 9 点之间。
  • 每年大约有 1200 个龙卷风袭击美国,并成为自然灾害的主要原因。
  • 龙卷风的预警时间平均为 13 分钟,也可以通过大冰雹、绿色的天空和云层的轰鸣声来确定(Bałdowska-Witos 等人,2020)。
  • 龙卷风在美国发生率很高,被称为龙卷风走廊,包括南达科他州、明尼苏达州、俄克拉荷马州、密苏里州、内布拉斯加州、堪萨斯州和爱荷华州。

瓶中龙卷风实验

目标

这个瓶中龙卷风实验旨在为学生提供机会,让他们了解向心力,当物质或液体在圆周路径上运动时,将其拉向中心的力。该实验还说明了在龙卷风强风期间可以采取的安全措施指南。

图 1:瓶中龙卷风实验

所需材料

进行瓶中龙卷风实验所需的材料包括漏斗管、水和一个用玻璃制成的空瓶,并配有盖子。另外加入 3-4 汤匙沙子可以帮助确定龙卷风的速度和方向。

步骤

以下步骤或说明可以帮助您成功完成实验。

  • 首先,需要将容器装满大约 ¾ 的清水。
  • 然后,第二步是添加洗碗皂,如果需要,还可以添加沙子(Scienceexplorers,2018)。
  • 下一步是将容器或玻璃瓶密封好。
  • 然后第四步是快速地以圆周方向或运动方式移动玻璃瓶。过了一会儿,从这个实验中可以观察到瓶子里的水开始旋转。然后就可以清楚地看到瓶子里的龙卷风(Shafer 等人,2019)。

使用大瓶或容器可以制造出更大的龙卷风,更容易观察。

图 2:影响瓶中龙卷风的变量

观察

在进行瓶中龙卷风实验后,可以观察到,以圆周运动旋转玻璃瓶实际上会产生水涡流。将水引导到玻璃瓶内部的向内或向心力迫使水向中心移动并在其圆周路径上旋转(Tang 等人,2018)。在观察猛烈风暴或龙卷风的运动过程中,也可以确定这种现象。在现实中的龙卷风中,是重力将水拉入洞中。

结论

在瓶中龙卷风和向心力的背景下,可以指出,在玻璃瓶中,龙卷风是在向心力或向内力的帮助下形成的。通过这种向内力,瓶中的水被拉到中心,并被迫在其圆周路径上旋转。在龙卷风核心外部产生的高压被确定为向心力,它推动空气并使其呈圆形。实际上,龙卷风通常被认定为猛烈的风暴,以每小时 73 到 112 英里的速度移动几英里。龙卷风风速可达 300 英里/小时。

常见问题

Q1. 龙卷风是什么意思?

与地面接触并通常连接到雷暴底部的强烈旋转气柱被认定为龙卷风。它基本上是由强大的雷暴产生的,并在几秒钟内对其周围环境造成破坏和人员伤亡。

Q2. 龙卷风的主要原因是什么?

龙卷风的主要原因是向心力的出现。这种力被确定为向内的力,可以逐渐将液体或材料拉向中心,并使它们沿着圆周路径运动。

Q3. 每年在美国出现的龙卷风的大多数速度是多少?

每年大多数龙卷风起源于美国,这就是该国被称为龙卷风走廊的原因。大多数龙卷风的平均速度约为每小时 73 到 112 英里,并且在耗尽之前只会移动几英里。

Q4. 龙卷风造成的主要影响是什么?

猛烈且巨大的龙卷风的風速和方向会导致汽车被抛到空中,并将普通房屋撕成碎片。龙卷风甚至可以将碎片和碎玻璃变成致命的导弹。

更新于: 2022 年 10 月 13 日

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