气泡实验室的速度:解释

研究的问题:改变角度(从0°到90°)的“气泡速度”管倾斜的影响是什么气泡沿管道上升的速度?

背景:在这个实验中，我们使用了“气泡速度”管。这些长玻璃管充满了一种粘度未知的液体，里面有一个气泡。粘度，非正式地称为流体的厚度，是指流体流动时所具有的阻力。当管子翻转时，管内的气泡就会移位，因为管内密度更大的流体会向下滑动，导致密度较小的气泡被推到顶部。而且，由于气泡中充满了气体，它会上升，而流体，也就是液体，会被重力向下拉。我们用这个管子来测试管子倾斜的角度是否会影响气泡在管子上移动的速度。如果有人问这个实验室的实际应用是什么，那就是空气栓塞。

空气栓塞是当静脉或动脉中出现空气/气体气泡，阻碍血液流动时发生的一种情况(如上一页图表所示)。当你暴露在高压下，导致空气通过你的静脉或动脉时，就会发生这种情况。这与我们的实验有关，因为它也涉及一种有粘性的液体(血液)，在一根管子(静脉/动脉)中，有一个气泡漂浮在其中。一旦导管变得太小，摩擦力增加，导管(静脉/动脉)中的气泡就会卡住并阻塞。此外，由于血液粘度相当高，气泡已经很难通过。最重要的是，由于气泡是向上漂浮的(因为它是一种气体)，它可能会在你身体的某些部位与血液流动相反，产生更多的摩擦。医生利用这一知识，有时让患者坐下来减缓/阻止栓塞进入患者的肺、心脏和大脑(2)。这就像改变管子(静脉/动脉)的角度来减缓/阻止泡沫流动。所以，最后，这个实验可以关联到一个真实的空气栓塞的例子。这个实验可以告诉我们很多关于气泡是如何移动的，以及如何让气泡减速以帮助/阻止栓塞进一步流向重要的身体部位，比如大脑。

材料

• 1计时器(精确到百分之一)
• 1木米尺(毫米)
• 1量角器(在测量角度时，确保0/180°刻度能接触到台面，否则无法正确测量角度)
• 1胶带
• 1环架
• 1蓝色“气泡速度”管(里面装满了我们不知道粘度的液体)
• 1金属螺丝夹

过程:
1.如图所示建立实验室

2.用量角器测量第一个角度(20°)。调整环形支架上的夹钳，以便当管子倾斜在上面时，管子倾斜的角度与你测量的角度(本例为20°)一致。

3.让一个伙伴翻转管子，使气泡在管子的底部，并把管子放到位(管子的末端对着桌子上的胶带，顶部对着夹子)。让另一个伙伴按下计时器上的“开始”，一旦气泡的前面通过了0.4米的胶带标记(如图所示)，并停止计时器，一旦气泡到达终点，停止移动。

4.在数据表中记录测量的时间。

5.重复步骤3-4三次，得到该角度的三组数据。

6.重复步骤2-5，但第二个角度测量(30°)。

7.重复步骤2-5，测量第三个角度(45°)。

8.重复步骤2-5进行第四个角度测量(60°)。

9.重复步骤2-5进行第五个角度测量(90°)。

9.1。一旦你收集了所有角度测量的三组数据(和不确定性)，找到平均时间和平均不确定性(从角度测量的三次试验的范围除以2)。

9.2。用经过的距离(0.4米)除以你计算出的测量角度的平均时间，求出每个角度测量下气泡的速度。

结论:
根据我们收集的数据,我们可以回答的研究问题“什么是改变的影响的角度“泡沫的速度”管倾斜速度的泡沫上升管”说,“速度增加到60°然后再减少”。这使得图像看起来像一个抛物线，其中标准形式的二次方程(ax^2 + bx + c = 0)的“a”值是负的。我们可以用我们的数据来证实这个答案。为了证明这是正确的，角度，20°和90°应该有最低的速度，因为他们有40°和30°的差异。如果我们看一下数据，我们会发现20°角(5.56 +/- 0.07)和90°角(5.72 +/- 0.03)的平均时间是最高的。而60°角的平均时间最快，为4.64 +/- 0.05。如果我们计算这些点的速度,可以计算(0.04米)的距离除以平均时间你有角,那么我们会得到一个0.07米/秒的速度20°角,0.07米/秒的角度90°,0.09米/秒,60°的角度。介于两者之间的其他角度我们测量20°-60°增加速度(他们是超过20°角的速度,但低于60°的角度)和中间60°-90°的下降速度(他们是低于60°角的速度,但高于90°)的角度。这意味着数据是一个抛物线的形状，因为它先增加后减少。“最佳点”似乎在60°左右，因为这个角度的速度是最高的。 These results make sense, because there should be a “sweet-spot” and increasing/ decreasing velocities. It the slope is too steep, then the bubble is trying to float up quickly and the fluid is being pulled down by gravity quickly, causing the fluid to slide down on both sides of the tube. This produces a great amount of friction, since the bubble is being pressed in between the liquid. This then causes the velocity to decrease. However, if the slope is too gradual, then the fluid is not being pulled straight down by gravity and the bubble is floating up slowly. Instead the fluid is being pulled against the glass tube, increasing the friction with the glass, on top of the friction with the bubble. So, if there is a right balance in the slope of the tube, then the gravity will pull the fluid down in a way that produces the least friction with the bubble, and the bubble will have the right angle to float up against the glass to the top of the tube with the least friction. With our data we can see that the balanced spot, the “sweetspot”, is around 60°. The intercept of the line of best fit at (0,0.05), however does not fit the
实验。在测量角度为0°时，速度应为0，使截距位于原点(0,0)。由于情况并非如此，而且它在(0,0.05)处截取，我们可以得出结论，这是由于在实验期间发生的错误。如果有人继续这个实验进行进一步的研究，那么我希望曲线不会继续减小直到x轴，而是向上弯曲并增加。这会使它看起来像一个从y轴开始，不穿过x轴的正弦曲线。我希望是这样，因为一旦计算了0°和90°之间的角，那么90°和180°之间的角就是相同的斜率，只是方向不同。这将产生与它在另一个四分之一(0°-90°)的对应角(斜率相同的角)相似的结果。在图上，这看起来像一个重复的波(正弦图)，每个对应的曲线都非常相似。

评价:
在这次实验中，我和我的实验室伙伴意识到发生了许多错误，这些错误可能会对我们得到的结果产生影响。

首先，在计时气泡时出现了错误，因为很难同时抓住通过“起跑线”的气泡并按下计时器上的start。这是因为气泡会从胶带下面通过，计时的人一旦看到气泡从管子下面开始，就必须迅速反应，开始计时。这里有一个轻微的计时错误，导致运行时间比实际应该运行的时间多或少一点。而且，停止的时机也不容易，因为泡沫必须在顶部停止移动。然而，有时候它会停止移动，所以计时器会按下停止键，但实际上它仍然需要反弹并停止。这些计时误差会影响我们测量的速度。

其次，我们的保护膜印在一块很薄的可弯曲的塑料上。这使得精确测量角度变得困难，因为如果它轻微弯曲，就会影响我们倾斜管子的角度。反过来，这个角度上的误差会影响气泡到达管道的时间，导致这个角度的速度不完全是它应该的。它可能是角高1°-2°或低1°-2°时的速度，因为量角器不容易使用。

最后,因为时间在这个实验室至关重要,我们必须快速翻转管并将其需要,有某些时候管的结束不是哪里它需要(在桌子上条胶带)。如果我们不这样做，管子倾斜的角度就会受到影响。同样，这意味着我们将记录一个角度高1°-2°或低1°的速度，这影响了我们最初试图测量的角度计算出的平均速度。

参考文献

1. 1基威湖,柔丝。“空气栓塞”。Healthline。Healthline媒体，2015年9月25日。2016年9月13日。< http://
   www.healthline.com/health/air-embolism Treatment5 >。
2. 基威湖,柔丝。“空气栓塞”。
3. 布劳恩Melsungen。空气栓塞。数字图像。空气栓塞的原因。安全
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   法国/ 1(1)使用>。
4. Elert,格伦。“粘性”。物理信息。物理超级教科书，2016年。网络。9月13日。
   2016.< http://physics.info/viscosity/ >。