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装满水的杯子放上纸牌为什么能放上很多重物

2026-01-04 13:15:51

当你将一个装满水的杯子用纸牌覆盖后倒置,纸牌不会掉落,甚至还能在纸牌上放置重物,这主要得益于大气压强的作用。下面我会一步步解释这个现象的原理。

关键原理:大气压强与液体压力

1. 杯子装满水并覆盖纸牌:当杯子完全装满水时,杯内的空气几乎被排除。盖上纸牌后,纸牌与水面紧密接触,形成密封。

2. 倒置杯子:当你将杯子倒置时,水会受到重力作用向下流动,但纸牌挡住了水流。这时,杯内的水柱会尝试向下拉纸牌,但由于杯内没有空气(或只有少量空气),水柱产生的向下压力其实很小。

3. 大气压强的作用:杯外的大气压强(约为101,325帕斯卡)远大于杯内水柱的压强。大气压从纸牌下方向上推,将纸牌“压”在杯口,从而防止纸牌和水掉落。

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4. 支持重物的原因:纸牌本身很轻,但大气压提供的支持力很大。根据公式 \\( F = P \

装满水的杯子放上纸牌为什么能放上很多重物

imes A \\)(力 = 压强 × 面积),如果杯口的面积较大,大气压可以产生相当大的向上力。例如,一个杯口面积为10平方厘米的杯子,大气压能提供约10牛顿的力(相当于约1公斤物体的重力)。你可以在纸牌上放置一定的重物,只要重物的重量不超过大气压提供的最大支持力。

简单类比

想象一下用吸管喝水:当你吸气时,吸管内的气压降低,外部大气压就将饮料推入你的嘴里。类似地,在这个实验中,外部大气压将纸牌推向杯口,支撑水和重物。

注意事项

  • 密封性:纸牌必须与杯口紧密贴合,不能有缝隙,否则空气进入杯内,内外压强平衡,纸牌就会掉落。
  • 水柱高度:杯内水柱的高度有限,水柱产生的压强(\\( P = \\rho g h \\))通常远小于大气压。例如,10厘米高的水柱压强约为980帕斯卡,而大气压约为101,325帕斯卡,所以水柱压强可以忽略不计。
  • 实际限制:纸牌的强度和杯口的平整度也会影响实验结果。如果重物太重或纸牌破损,实验可能会失败。
  • 这个现象生动地展示了大气压强的强大力量。如果你有杯子、水和纸牌,可以亲自试试看!