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流體:別問,問就是旋轉!

本文接之前的推文繼續(xù)展示那些神奇的流體現(xiàn)象。

百變煙環(huán)

電子煙:主要由盛放尼古丁溶液的煙彈、霧化器和電池等組成。霧化器可將煙彈內尼古丁溶液轉變成霧氣,讓吸食者有一種吸煙的感覺。

想當年,電子煙是用來吸的,如今卻被玩出了花樣。

圖 | 奇變萬化的煙圈

為什么圖中煙霧容易成型,而市場上的香煙煙霧卻極易擴散?

圖 | 奇變萬化的煙圈

圖中電子煙霧化蒸氣含有強吸水性成分(如),因此霧氣煙環(huán)內部吸附作用強,不僅不易擴散而且還具有彈性。 

圖 | 彈性煙環(huán)一分二

圖 | 彈性煙環(huán)一分四

其次,制造如此美妙多變的煙環(huán)還需熟練的技巧:吐煙口型對煙環(huán)周圍氣流恰到好處的控制。

圖 | 吞云吐霧

舞動的水滴

同樣的液滴落下,為什么會出現(xiàn)反彈?反彈軌跡為什么還不同?

圖 | 不同的液滴反彈

液滴垂直落下后,如果著落平面是疏水性的,液滴便會垂直反彈而不會粘附。

圖 | 水滴滴落,正常反彈

疏水性:對水具有排斥力的屬性。例如,水滴可以在荷葉上滾動而不會附著表面,并且總是以球狀存在,說明荷葉表面具有疏水性。

親水性:對水具有親合力的屬性。材料表面可吸引水分子,易被水潤濕。

另外可發(fā)現(xiàn),液滴反彈后會留下液體殘痕。其實,液體殘痕下的條紋材料是親水性的,這些條紋被預先嵌在了疏水平面上。
圖 | 液滴受親水力后發(fā)生旋轉(右圖藍色條紋材料具有親水性,綠色條紋是殘留液體)

液滴反彈收縮過程中,在不同形狀親水條紋的粘附力作用下,產(chǎn)生了不同的運動軌跡。

圖 | 螺旋條紋使水滴螺旋運動

在無外界驅動情況下,借助疏水和親水特性來控制流體運動狀態(tài)是一種可行的方法。

水下子彈飛

電影中經(jīng)常出現(xiàn)子彈穿入水下?lián)糁袛橙说膱鼍埃訌椩谒碌降资侨绾芜\動的呢?

圖 | AK47水下射擊

子彈飛行過程帶動附近水流快速流動,導致水壓迅速降低(伯努利效應),使水中空氣大量析出(氣蝕),產(chǎn)生了長圓形大氣泡。


伯努利效應:流動速度增加,流體靜壓減?。涣鲃铀俣葴p小,流體靜壓增加。

氣蝕:當流動液體局部壓力下降至臨界壓力時,液體中氣核成長為氣泡;當生成的氣泡再次進入高壓水區(qū)后會急劇收縮甚至潰滅。

圖 | 手槍水下射擊

之后,大氣泡歷經(jīng)反復擴張-收縮(“氣泡脈動”),逐漸潰滅(“氣蝕”)。

氣泡脈動:水下高壓氣體迅速膨脹形成氣體球過程中,氣體球壓力逐漸降低到周圍水壓后,在慣性作用下仍會繼續(xù)膨脹;過度膨脹后,周圍水壓將氣體球壓回“原形”;壓縮到最小時,球內氣壓達到最高,氣體球再次膨脹;如此往復運動。該過程叫氣泡脈動。

子彈在水下的殺傷力真有電影描述的那樣嗎?答案當然是否定的!

一名挪威物理學家用肉身做過實驗,證明了普通槍的水下射程非常有限。

圖 | 科學家肉身實驗

水的密度和粘度遠高于空氣,且不易壓縮,子彈擠開水流前行所耗動能遠遠高于在空氣中。這也是戰(zhàn)斗蛙人使用專門水下武器的原因。

以受恐怖分子歡迎的AK47為例,空氣中有效射程是300~400米,而水下有效射程卻不到1米。所以遇襲時,你懂的。。

上期回顧:那些美如畫的流體現(xiàn)象

來源:神奇的流體

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