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[讨论]输液管为什么能保持水滴的匀速? [复制链接]

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[讨论]输液管为什么能保持水滴的匀速?

看了孟老师的博客文章,心中有几许疑惑。特来与大家讨论。


文章见 http://blog.kxsy.net/user1/mjgeng/archives/2012/42661.html#76647


 


 


参加了市新生代“巾帼课堂”展评活动。其中有一课是“用水测量时间”。那个老师做了一个道具“水钟”,是受水型的,用挂盐水的吊管做的。在解释时老师说:“因为它的液面高度一样,所以水流速也一样。”听后产生了疑问:明明瓶里的液面在下降吗,怎么说是 高度一样呢?而我们都知道,吊管里下滴的水不管上面瓶里的液面高度改变,它的滴速几乎是不变的。


这是为什么呢?我们在听课的人也小声地议论起来。有人说:“挂吊滴,瓶里有空气进入的,不进入空气,盐水还流不出来呢。”有人说:“水少了,被空气补充了。”有人说:“是因为瓶内外的压力差关系。”不过有人马上提出异义:“那塑料杯是敞开的,不是也充满着空气吗?为什么杯里的水少了,流速就慢了起来了,后来干脆就不滴了呢?”


我嘛只是瞎想:有可能是与空气补充到瓶里有关,有可能是空气的压力关系,也有可能是有这根细管的关系。


为了做实验,我从卫生院要来了废的吊管。要那根废的输液管还费了不少周折呢。


对于空气被补充到瓶里是不是有关系这个问题,我这样做:我想瓶子是密封的才要补充空气,如果把瓶子的底部剪掉,像杯子一样的敞着,让它自然有空气,里面再装上一半的水,创造一个与杯子一样的状态,如果这样水也不能流了,那说明与向瓶内补充空气有关。结果一试,水照样能流下来,而且速度也很均匀。我得出了这样的结论:输液管的水流速与向瓶里补空气没有关系。


所以我最终还是定位在这根“细管”上。


我是这样想的:一个瓶子的水,它的高度只有几十厘米,而在瓶口上插上一根输液管,水顺着细管往下流,这样好像是把水的位置一下子增高了不少,如果那根输液管子有1米,那这瓶里的水的位置相应地被增高1米。而水的流速与水位高度是有直接关系的,在有一米高的水位上,水滴掉几十厘米也许对有1米多高的水位来说是不足道的,所以瓶里的水位即使下降,对水的流速也不会产生多大的影响。


如果我的想法有道理的话,那在我们实验用的小塑料杯下面也接上输液管,杯里的水即使很少流速也不会受到太大的影响的。


于是,我就动手验证。


把从卫生院要来的输液管插在小塑料杯底,杯里放20毫升的水。这点水,上课做实验时已经无法从杯子的小孔里流出来了。我把那个杯子挂在离地面有1.5米的地方,杯底插进针,不一会奇迹出现了,水顺着细管往下流了,而且下滴的速度很均匀,直到杯底朝天。细管中的水还在往下下降。


我又在杯子里放上20毫升的水,这20毫升在塑料杯里的高度是1厘米。这一次我把杯子拿在手中,先是举到1.5米处,再往下到1米处,再往下到40厘米处,再往下到离地面20厘米处。你们知道,水的流速会发生什么变化?随着水杯高度的下降,水的流速也慢慢地变慢。这是因为,水杯下降,等于水的位置在下降,所以就影响到了流速。而挂1.5米处不动,虽然杯里的水位也在下降,但只下降了20毫升,这20毫升的水位对于有1.5米高度的水位来说,不足道了吧。所以流速没有变慢。


 


为了解释以上现像,上网查资料,关于水位与水压的关系,查到了水压的计算方法是:1米等于0.1公斤。0米处的压力是上液面的压力和液柱产生压力之和。p=ρghp时压力,ρ是液体密度,水的密度为1×10^3kg/m^3g是重力加速度取9.8h是取压点到液面高度),从这公式可知道,液面越高压力越大,因为密度和重力加速度是一定的。计算得到:插有滴管的水杯放在1.5米时水的压力是0.147公斤,水位下降20毫升即下降1厘米后它的压力是0.146公斤,20毫升水的压力只有0.001公斤,把杯子放低到离地面40厘米时,它的压力只有0.0392公斤,而水杯下降到离地面20厘米时,它的压力仅有0.0196公斤。


从计算可知,水位高度越低压力越小,而杯子里的20毫升水只有0.001公斤的压力,给他装上滴管挂在1,5米的高度,这样它的水位相当于增高了1.5米,水压一下子提高到了0.147公斤,因此,不接滴管,杯内的20毫升水不能下滴是因为水的压力太小,接了滴管后这20毫升的水能匀速下滴,是因为滴管把水位增高压力增大了,所以虽然杯子里的水还是20毫升却能从杯子里匀速地下滴。


输液管能保持匀速也许还有其他原因,但我想,我上面所分析的也一定是原因之一。所以凡是输液的,药液瓶都会挂到一定的高度


 


下面回复的那位老师的解释有道理。你们觉得是什么原因?请发表高见。

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好问题!这一问题,我表示怀疑,怀疑滴液装置的滴速会减慢,


首先,盐水瓶里的液面会下降,


另外,大家不知是否看到一个现象,当盐水瓶里的药水完了以后,


水面就从瓶口的水管里快速下降,


这里就有一个对比,你会看到针口的药水会减慢滴速,这是可以看到的,


所以,我认为盐水瓶中的液面关键要看实际液面(上面),而不是看输液空心管的液面。


[此贴子已经被作者于2012-8-11 21:52:40编辑过]

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期待答案,有同感
秦爱军  杭州建德市 QQ:403962363
我的淘宝   http://yumifeifei.taobao.com/
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主要是大气压相同,但一个位置高一点,一个位置低一点,靠的是水的压力,所以会匀速流下来。但现在用的塑料包装的盐水的到最后速度会变慢,因为塑料要保持原有的形状,所以瓶内的大气压要小于外面的大气压。


[此贴子已经被作者于2012-8-12 9:49:17编辑过]

QQ:573014161  网名:灰太人
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水的的高度(输液瓶里的水高度)不同产生的压强不同,造成水流速不同。在输液时,输液瓶的高度变化不明显,水流减慢也不明显。最后一段输液瓶的水位高度迅速降低,就比较明显。

遇见未知的自己
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这一问题,关键是输液空心管的水压和气压的综合问题。


假如盐水瓶灌满时,空心管液面不变,那么此时空心管以下液体有一个向下的拉力,使空心管气压减小;此时由于盐水瓶满瓶,所以液位最高,于是对空心管的空气段有一个最大的压力,而是空心管气压最大,


此时,空心管气压(最大)=正常气压—空心管以下液体的下降气压(不变)+空心管上段液体的增加气压(最大),


当盐水瓶液体下降一大半后,上端液体的对空心管的气压就会下降,


于是此时,空心管气压(减小)=正常气压—空心管以下液体的下降气压(不变)+空心管上段液体的增加气压(减小),


以此类推,随着上段液体的不断下降,空心管气压会不断减小,所以输液管内的流速会不断减小!


[此贴子已经被作者于2012-8-16 11:11:53编辑过]

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上一次我还特意准备器材做了这个实验,由于实验器材的限制,没有明显反映出来,


但是,我确信只要量筒有足够细,时间段拉长,应该会显示这个结论的!


[此贴子已经被作者于2012-8-12 21:18:49编辑过]

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以下是引用金亚军在2012-8-12 21:16:00的发言:


图片点击可在新窗口打开查看此主题相关图片如下image001.gif:
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这一问题,关键是输液空心管的水压和气压的综合问题。


假如盐水瓶灌满时,空心管液面不变,那么此时空心管以下液体有一个向下的拉力,使空心管气压减小;此时由于盐水瓶满瓶,所以液位最高,于是对空心管的空气段有一个最大的压力,而是空心管气压最大,


此时,空心管气压(最大)=空心管以下液体的下降气压(不变)+空心管上段液体的增加气压(最大),


当盐水瓶液体下降一大半后,上端液体的对空心管的气压就会下降,


于是此时,空心管气压(减小)=空心管以下液体的下降气压(不变)+空心管上段液体的增加气压(减小),


以此类推,随着上段液体的不断下降,空心管气压会不断减小,所以输液管内的流速会不断减小!


分析得细致呀!觉得就是这样的答案!   

 

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给小学生解释不用这么复杂吧。
只要让学生知道,上半截里的空间被空气占据,所以能保持水位不变就可以了。

如果要解释为什么上半截的空气为什么不往上跑的原因,那楼上的解释存在很大的问题。
问题1:下半截的水对上面的空气不会产生压力,因为就算压力,也会从下出水口泄压。
问题2:上进水口很小,因为有水位差,所以压力很大。而这个压力和上半截空气对上进水口的压力是一对平衡力。不存在加减的力差。
因此,楼上解释有不合理的地方。

[此贴子已经被作者于2012-8-20 9:54:37编辑过]

我是杭州市学军小学的老师,邮箱: hzwsj@126.com qq:308566384 欢迎交流。
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