你的受力分析有问题,这其实是符合经典物理学的原理的
在水桶旋转时,水面不只是平面,而是一个倒置的圆锥。水受的力不只是重力,在圆锥的顶点,也就是中心点以下,可以近似认为水只受重力。然而在楔形部分,越靠近水桶的边缘,水因为重力作用就试图往下流,可是受到水桶壁的摩擦力,这个摩擦力一方面是导致水旋转的原因,在水平切向有个分量,另一方面也有一个竖直向上分量企图抑制边缘的水向下流,因此这部分水的重量其实由这个摩擦力分量承担。
水桶在称上的读数比静止状态减轻的部分,等于圆锥的体积里的水的重量。旋转的速度越快,圆锥越尖,这个差距也越大。
总结一下,水桶壁的摩擦导致水旋转,旋转导致边缘水面升高,升高导致水试图向下流,而水桶壁的摩擦抑制水向下流,承担了部分水的重量。
仔细分析,如果水桶壁没有摩擦,重量就不会减轻。还有,其实那个锥面不是直线,具体要通过立体积分来确定,还要考虑水的黏度,不同位置的水的速度等等。虽然复杂,但是肯定可以通过经典物理和微积分以及流体力学得出解答。
在水桶旋转时,水面不只是平面,而是一个倒置的圆锥。水受的力不只是重力,在圆锥的顶点,也就是中心点以下,可以近似认为水只受重力。然而在楔形部分,越靠近水桶的边缘,水因为重力作用就试图往下流,可是受到水桶壁的摩擦力,这个摩擦力一方面是导致水旋转的原因,在水平切向有个分量,另一方面也有一个竖直向上分量企图抑制边缘的水向下流,因此这部分水的重量其实由这个摩擦力分量承担。
水桶在称上的读数比静止状态减轻的部分,等于圆锥的体积里的水的重量。旋转的速度越快,圆锥越尖,这个差距也越大。
总结一下,水桶壁的摩擦导致水旋转,旋转导致边缘水面升高,升高导致水试图向下流,而水桶壁的摩擦抑制水向下流,承担了部分水的重量。
仔细分析,如果水桶壁没有摩擦,重量就不会减轻。还有,其实那个锥面不是直线,具体要通过立体积分来确定,还要考虑水的黏度,不同位置的水的速度等等。虽然复杂,但是肯定可以通过经典物理和微积分以及流体力学得出解答。