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热水瓶塞为什么住住不易拔开
[ 2007-11-17 11:26:00 | By: zdfzwkc ]
 

热水瓶塞为什么住住不易拔开

 

     水烧开了,灌入保温瓶(俗称热水瓶)中,需要热水时,把水倒出后,再把瓶塞塞紧,经过一段时间,尤其是在冬天,常会发生瓶塞拔不出来的现象。这是什么原因呢?这种日常生活现象涉及到热学与力学的综合问题,下面我们应用中学物理知识试分析之。  

 设外界大气压强P0=76cmHg,把热水倒出后,随即把瓶塞塞上。若这时热水瓶内温度为90,由于散热,过了一段时间,设瓶内温度降为室温20或更低。若瓶塞是不漏气的(若漏气则不会发生上述情况),瓶的容积不变,由查理定律有P0/T0=P,/T,,此处P0=76cmHgT0={273+90}K=363K, T, ={273+20}K=293K,代人数据计算得P, =61.3cmHg,内外压强差△P0=76cmHg 61.3cmHg =147cmHg=020 ×105Pa。一般 5的(最常用的)热水瓶口直径约36cm,那么面积为S=πd2/4= 102cm2=102×10-4 m2,两边的压力差FPS=0.20×105×10.2×10-4=20.420N

再来看拔取瓶塞时,手作用瓶塞两边,把手作用处瓶塞两边近似看作斜面,瓶塞的受力如图 1所示(图1、图2略),其中 F是垂直于塞面的作用力,f是手指与塞面间的最大静摩擦力(因要求用最小的力F拉出,此时f一定是最大静摩擦力).一般瓶塞的尺寸如图2所示,据力学知识,用最小的力F拔出瓶塞时,有下式   

F =2Fsinαfosα)。          

据图2所示尺寸可算出α=52°,f应等于μF,其中μ是手指与软木间的静摩擦因数,由于软木有新旧之分,软木中含水分有多有少,所以差别较大,一般在0102之间,现取015,那么将f=μF代人①式得

F=F/2sinαμcosα    

将相关数据代人②式得

F=20.4/[2Fsin52°+015os52°)] 42N                                         

在手指上使出这样大小的力,一般不易达到,所以有时瓶塞往往拔不开。当然,如果瓶中的水温并未降到室温那么低,瓶塞与瓶口吻合得并不是十分密封,那么瓶塞内外的压力差就没有上述数据大,这时拔瓶塞就不是件困难的事了。

 

 

本文发表于《物理教学探讨》2001年第9P24

 

 
 
  • 标签:物理教学研究 
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