瓶中龍捲風

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瓶中龍捲風實驗的假設是，水會快速從瓶子的頂部轉移到底部，如果讓水旋轉，與僅僅冒泡相比，它會產生龍捲風。不同高度的風以不同的方向和速度運動是上升氣流和空氣旋轉的主要原因。這種現象會導致龍捲風，被認定為自然災害，因為它們是強烈的風在風暴系統下方形成漏斗。隨著風旋轉的持續，它的速度會越來越快，最終形成漏斗雲。

什麼是龍捲風？

實際上，龍捲風被認定為比所有其他大氣風暴都更猛烈的風暴。龍捲風是在巨大的雷暴系統下方形成的旋轉氣柱。這些龍捲風非常難以發現，因為風是無形的。當漏斗雲開始形成時，碎片、塵埃顆粒、水滴和煙霧聚集在一起，形成一個獨特的龍捲風（Linfield 等人，2021）。有時，這些龍捲風會變得巨大並增強其速度，成為自然災害之一。龍捲風的影響和形成可以透過實驗來準備和觀察，這個實驗被稱為瓶中龍捲風實驗。

關於龍捲風的事實

下面列出了幾個關於真實龍捲風的有趣事實。

• 大多數龍捲風的風速在每小時 73 到 112 英里之間，並且在耗盡之前只會移動幾英里。
• 在這個猛烈風暴期間形成的漏斗雲，龍捲風的寬度可以達到約 660 英尺（Linfield 等人，2021）。
• 大多數大型龍捲風發生在下午 4 點到晚上 9 點之間。
• 每年大約有 1200 個龍捲風襲擊美國，併成為自然災害的主要原因。
• 龍捲風的預警時間平均為 13 分鐘，也可以透過大冰雹、綠色的天空和雲層的轟鳴聲來確定（Bałdowska-Witos 等人，2020）。
• 龍捲風在美國發生率很高，被稱為龍捲風走廊，包括南達科他州、明尼蘇達州、俄克拉荷馬州、密蘇里州、內布拉斯加州、堪薩斯州和愛荷華州。

瓶中龍捲風實驗

目標

這個瓶中龍捲風實驗旨在為學生提供機會，讓他們瞭解向心力，當物質或液體在圓周路徑上運動時，將其拉向中心的力。該實驗還說明了在龍捲風強風期間可以採取的安全措施指南。

圖 1：瓶中龍捲風實驗

所需材料

進行瓶中龍捲風實驗所需的材料包括漏斗管、水和一個用玻璃製成的空瓶，並配有蓋子。另外加入 3-4 湯匙沙子可以幫助確定龍捲風的速度和方向。

步驟

以下步驟或說明可以幫助您成功完成實驗。

• 首先，需要將容器裝滿大約 ¾ 的清水。
• 然後，第二步是新增洗碗皂，如果需要，還可以新增沙子（Scienceexplorers，2018）。
• 下一步是將容器或玻璃瓶密封好。
• 然後第四步是快速地以圓周方向或運動方式移動玻璃瓶。過了一會兒，從這個實驗中可以觀察到瓶子裡的水開始旋轉。然後就可以清楚地看到瓶子裡的龍捲風（Shafer 等人，2019）。

使用大瓶或容器可以製造出更大的龍捲風，更容易觀察。

圖 2：影響瓶中龍捲風的變數

觀察

在進行瓶中龍捲風實驗後，可以觀察到，以圓周運動旋轉玻璃瓶實際上會產生水渦流。將水引導到玻璃瓶內部的向內或向心力迫使水向中心移動並在其圓周路徑上旋轉（Tang 等人，2018）。在觀察猛烈風暴或龍捲風的運動過程中，也可以確定這種現象。在現實中的龍捲風中，是重力將水拉入洞中。

結論

在瓶中龍捲風和向心力的背景下，可以指出，在玻璃瓶中，龍捲風是在向心力或向內力的幫助下形成的。透過這種向內力，瓶中的水被拉到中心，並被迫在其圓周路徑上旋轉。在龍捲風核心外部產生的高壓被確定為向心力，它推動空氣並使其呈圓形。實際上，龍捲風通常被認定為猛烈的風暴，以每小時 73 到 112 英里的速度移動幾英里。龍捲風風速可達 300 英里/小時。

常見問題

Q1. 龍捲風是什麼意思？

與地面接觸並通常連線到雷暴底部的強烈旋轉氣柱被認定為龍捲風。它基本上是由強大的雷暴產生的，並在幾秒鐘內對其周圍環境造成破壞和人員傷亡。

Q2. 龍捲風的主要原因是什麼？

龍捲風的主要原因是向心力的出現。這種力被確定為向內的力，可以逐漸將液體或材料拉向中心，並使它們沿著圓周路徑運動。

Q3. 每年在美國出現的龍捲風的大多數速度是多少？

每年大多數龍捲風起源於美國，這就是該國被稱為龍捲風走廊的原因。大多數龍捲風的平均速度約為每小時 73 到 112 英里，並且在耗盡之前只會移動幾英里。

Q4. 龍捲風造成的主要影響是什麼？

猛烈且巨大的龍捲風的風速和方向會導致汽車被拋到空中，並將普通房屋撕成碎片。龍捲風甚至可以將碎片和碎玻璃變成致命的導彈。