撒克逊碗的下沉临界条件与沉没时间RESEARCH ON THE SINKING TIME AND CRITICAL CONDITIONS OF SAXON BOWL
李佳泓,林蕴芊,赵芸赫,黄敏,马宇翰
摘要(Abstract)：
“撒克逊碗”是一种底部有孔的计时装置。本文以圆柱形撒克逊碗为例，建立了其在水中下沉的物理模型。首先，本文确定了撒克逊碗顺利下沉的临界条件，包括水能涌入碗的条件和碗初释放时出现倒灌现象的条件。然后，本文研究了水涌入碗后系统的动力学过程，推导出碗的下沉时间与碗的几何特征间的定量关系。进一步，本文设计了实验以检验理论模型的正确性。与实验得到的碗下沉时间相比，相应的理论值普遍偏小。将碗下沉过程中受到的黏滞阻力和压差阻力、孔口处淹没射流及水头损失、碗完全浸没前受表面张力的影响考虑在内后，理论和实验的一致性明显增加。最后，本文还引入了壁面函数用于分析形状各异的撒克逊碗的下沉时间。
关键词(KeyWords)： 撒克逊碗;临界条件;孔口射流;表面张力;壁面函数
基金项目(Foundation):
作者(Author): 李佳泓,林蕴芊,赵芸赫,黄敏,马宇翰
参考文献(References)：
- [1] GOODENOW J,ORR R,ROSS D.Mathematical models of water clocks[J].Rochester Institute of Technology,New York,USA,2015.
- [2] 钟书河山，易荣彬，李金蚊，等.撒克逊碗下沉时间的研究[J].物理实验，2021,41(2):37-42.ZHONG S H S,YI R B,LI J W,et al.Research on the sinking time of Saxon bowl[J].Physics Experimentation,2021,41(2):37-42.(in Chinese)
- [3] 王幸，黎秋航，侯吉旋，等.探究撒克逊碗的下沉：对简谐振动的修正[J].大学物理，2021,40(11):80-85.WANG X,LI Q H,HOU J X,et al.Exploration of the sinking of Saxon bowl:correction of simple harmonic vibration[J].College Physics,2021,40(11):80-85.(in Chinese)
- [4] 李辰然，冯翠娣，朱泉水.撒克逊碗计时分析与研究[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2021,20(3):19-23LI C R,FENG C D,ZHU Q S.Analysis and Study of Saxon Bowl Timing[J].Journal of Anhui Vocational College of Electronics & Information Technology,2021,20(3):19-23.(in Chinese)
- [5] 漆安慎，杜婵英.普通物理学教程力学[M].北京：高等教育出版社，1997:279-282
- [6] 朗道E.M.栗弗席滋.理论物理学教程第六卷流体动力学[M].5版.李植，等，译.北京：高等教育出版社，2012:70-71.
- [7] 龙天渝，童思陈.流体力学[M].2版.重庆：重庆大学出版社，2018:89-91.