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输入计算

数学公式

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结果

出流速度
6.264
米每秒(m/s)
液柱高度(h) 2 m
重力加速度(g) 9.81 m/s²
公式 v = √(2gh)

什么是托里拆利定律?

托里拆利定律描述了液体从容器孔口喷出时的速度。它由埃万杰利斯塔·托里拆利(Evangelista Torricelli)于 1643 年提出:理想流体(无摩擦、不可压缩)从孔口流出的出流速度,等于物体从孔口上方液面高度自由下落时所能达到的速度。因此,它可以看作伯努利方程的一个特例。

水箱侧面在水面下深度 h 处有一个小孔,流体水平射出
托里拆利定律:流体从深度 \(h\) 处的小孔以速度 \(v = \sqrt{2gh}\) 流出。

公式

出流速度的计算公式为:

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

其中 \(v\) 为出流速度(m/s),\(g\) 为重力加速度(地球上约为 9.81 m/s²),\(h\) 为液面到孔口中心的垂直高度(m)。值得注意的是,速度与流体的密度无关,只取决于孔口上方的液柱高度。

如何使用本计算器

输入孔口上方的液柱高度(单位:米)以及重力加速度(默认采用地球的 9.81 m/s²),计算器即可给出以米每秒为单位的出流速度。如果想模拟其他星球,只需修改重力加速度的数值即可——例如月球用 1.62,火星用 3.71。

计算示例

假设一个水箱的液面位于排水小孔上方 2 米处,取 \(g = 9.81 \text{ m/s}^2\)。那么 $$v = \sqrt{2 \times 9.81 \times 2} = \sqrt{39.24} \approx 6.26 \text{ m/s}$$ 也就是说,水大约以 6.3 米每秒的速度喷出——无论它是水、油,还是其他任何理想液体,结果都一样。

并排的两个水箱显示深度越大,射流越快、射得越远
流体高度 \(h\) 越大,流出速度越快,射流越远。

常见问题

孔口的大小有影响吗? 托里拆利定律预测的出流速度与孔口大小无关,但体积流量(速度 × 面积)会受其影响。

这个预测在现实中精确吗? 并不精确。真实流体具有粘性,且射流会发生收缩(缩流断面,vena contracta),因此实际速度会略低一些。通常用一个流量系数(一般在 0.6~0.98 之间)进行修正。

为什么公式里没有密度? 重力势能和动能都与质量成正比,因此密度在推导中相互抵消,最终速度只取决于 \(g\) 和 \(h\)。

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