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輸入計算

數學公式

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結果

出口流速
6.264
公尺/秒(m/s)
液體高度 (h) 2 m
重力加速度 (g) 9.81 m/s²
計算公式 v = √(2gh)

什麼是托里切利定律?

托里切利定律描述流體從容器孔洞流出的速度。它由埃萬傑利斯塔・托里切利(Evangelista Torricelli)於 1643 年提出,內容指出:理想流體(無摩擦、不可壓縮)從孔洞流出的速度,等於物體從孔洞上方液面高度自由落下時所達到的速度。因此,它可視為白努利方程式(Bernoulli's equation)的一個特例。

水箱側面在水面下深度 h 處有一個小孔,流體水平射出
托里切利定律:流體從深度 \(h\) 處的小孔以速度 \(v = \sqrt{2gh}\) 流出。

計算公式

出口流速的計算公式為:

$$v = \sqrt{2gh}$$

其中 \(v\) 為出口流速(m/s),\(g\) 為重力加速度(地球上約為 9.81 m/s²),\(h\) 則是液體自由表面到孔洞中心的垂直距離(m)。值得注意的是,流速與流體的密度無關,只取決於孔洞上方的液體高度。

計算機使用方法

輸入孔洞上方的液體高度(以公尺為單位),以及重力加速度(預設為地球的 9.81 m/s²),計算機便會回傳以公尺/秒表示的出口流速。若要模擬其他星球,只需更改重力數值即可——例如月球可填入 1.62,火星則填入 3.71。

範例試算

假設一個水箱的液面位於小排水孔上方 2 公尺處,且 \(g = 9.81\ \text{m/s}^2\)。則 $$v = \sqrt{2 \times 9.81 \times 2} = \sqrt{39.24} \approx 6.26\ \text{m/s}.$$ 無論箱中裝的是水、油或任何其他理想液體,水流噴出的速度都約為每秒 6.3 公尺。

並排的兩個水箱顯示深度越大,射流越快、射得越遠
流體高度 \(h\) 越大,流出速度越快,射流越遠。

常見問題

孔洞大小會影響結果嗎?托里切利定律所預測的出口流速與孔洞大小無關,但體積流量(流速 × 截面積)則會受孔洞大小影響。

這個預測在現實中完全準確嗎?並非如此。實際流體具有黏度,且水柱會收縮(即縮脈,vena contracta),因此真實流速會略低於理論值。一般會以流量係數(通常介於 0.6~0.98)加以修正。

為什麼公式裡沒有密度?因為重力位能與動能皆與質量成正比,密度在運算中相互抵消,最終流速只取決於 \(g\) 和 \(h\)。

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