逆风行舟--物理趣味实验
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【实验目的】:
演示动量守恒原理的巧妙应用,加深对该原理的理解。
【实验仪器】:
【实验原理】:
船在水中时的侧视图如图一所示。船底设有龙骨,其作用是使水对船的侧阻力很大,即使有外力从侧面作用于船,水对船的阻力总可与之相抵消,使船不会因此向侧面运动。
动量分析见图,风的动量P3吹到斜帆上,斜帆给它以冲量P5,使它具有沿直帆向船后的动量。风对斜帆的冲量P0分解为P1,P2,P2被龙骨阻力冲量抵消,船在P1作用下沿逆风的方向行进。该仪器用来演示动量原理,特别是动量的矢量特点及其原理的实际应用。船可以逆风而行是因为风对船帆有作用力,且因帆的形状不同作用力方向也不同,调整好适当的帆形,船就可以逆风前进了,就像帆板运动员在风中要不断依据风向改变帆形使速度达到最快。这说明“船行八面风”都是利用了动量原理。
【实验步骤】:
1先设置好风道与水槽的方位,水面约低于槽沿15mm,打开风扇的电源开关,调好帆形,把船放入水中,就可演示帆船逆风而进。
2启动风扇使水池的水面有微风吹拂,把小舟放置于水面风力均匀处,调节小舟使其斜帆方位与实验原理指示的一致,放开小舟,即可见到小舟沿侧逆风的方向行进。
【注意事项】:
使水面上方风的方向一致,风力均匀;帆形、风向与船前进方向约为400;帆面的前1/3部分(即在导向板以前三角帆的长边部分)应始终保持与风向平行,后2/3部分是拉紧的,且平行于前进方向,也就是帆使风改变方向朝正后方吹,可以近似地说,这类似于船向正后方“喷气”而得到向前进的动力。

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