【昨天推导匆匆。在键兄启发之下 :-),今天给出无近似的严格证明】
仍设初始容器内液面:Z1, P1, V1; 吸管出口:Z2, P2, V2 (Z, P, V 分别为高度,空气压强,液体流速)
由伯努利定律(ρ 和 g 分别是液体密度和重力加速度):
(V1)^2/(2g) + Z1 + P1/ρg = (V2)^2/(2g) + Z2 + P2/ρg (1)
考虑三种情况:
1) 吸管出口和容器内液面等高,Z1 = Z2, P1 = P2
由(1)可得 V1 = V2
因为容器内液面面积大于吸管截面,所以唯一的可能是 V1 = V2 = 0,也就是液体不动。
2) 吸管出口低于容器内液面,Z1 > Z2, P1 < P2
由(1), ρ[(V2)^2-(V1)^2]/2 = (Z1 - Z2)ρg + (P1-P2) (2)
液体密度大于空气密度, |(Z1 - Z2)ρg| > |P1 -P2| (3)
由 (2), (V2)^2-(V1)^2 > 0, V2 > V1, 液体流动。
3) 吸管出口高于容器内液面,Z1 < Z2, P1 > P2
同样因为 (3),由 (2) 得:V2 < V1 (4)
因为容器内液面面积大于吸管截面,所以 (4) 是不可能的。
这个比昨天的近似推导啰嗦一些,但结论相同。