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第21節(jié):對準了再倒

怎樣把倉鼠變成化石? 作者:(英)米克·奧黑爾


如果倒奶的速度太慢,為什么奶會從奶盒底部滴流下來?

當然,不只是奶會發(fā)生這樣的情況。像把橘子汁和湯等很多液體從容器中倒出時,如果傾倒太慢,都會灑在地板上或把鞋子弄臟。避免這種情況不是那么容易。在往玻璃杯里傾倒時,如果當時容器很滿,則除了微微灑出一些之外幾乎沒有什么其他選擇。

所需的材料

一盒奶或其他什么飲料

一個玻璃杯

一塊抹布(隨后進行清潔)

如果想進一步展示這個效果,還將需要:

一個直立的圓柱體(洗干凈的酒瓶即可)

一支點燃的蠟燭

如果實驗者非常有信心,還將需要:

一個頭發(fā)吹干器

一個乒乓球

要做的事情

打開奶盒,往一些杯子里倒奶;改變倒奶的速度,這樣便可以在盒底見到從奶的滴落到一股奶的細流。

會看到的現(xiàn)象

倒奶的速度較低時,奶會順著盒子邊緣滴淌而下,然后才落地。這個落地點應該是那塊抹布及時跟進的地方。倒奶的速度較快時,奶會流得很自如,你會帶著信心把玻璃杯倒?jié)M。

究竟發(fā)生了什么

當盛滿液體的盒子傾斜時,其中的液面會抬高,向盒子的開口處運動。隨著盒子更加傾斜,液體涌向開口,在開口處形成壓力。除了這個壓力之外,還有表面張力作用在液體之上,表面張力傾向于把液體拉向盒子表面。在較高的傾倒速度下,該壓力要比表面張力大得多,液體將以一種順暢的方式離開盒子,沿一條預先期望的拋物線流向玻璃杯。

然而,在低的傾倒速度之下,會達到一個狀態(tài)點。此時表面張力足以使液體流動的路徑改變方向,這樣一來,液體流不會干凈利索地離開盒子口,而是附著到盒子的上部表面。一旦實現(xiàn)附著,倒出的液流在表面張力的作用下會傾向于繼續(xù)黏著在該表面,形成被稱為“康達效應(Coanda effect)”的現(xiàn)象。當液體流過凸起的表面時,這種效應就會發(fā)生,這時在液流和凸表面之間會產(chǎn)生內(nèi)向的壓力,有效地把液體流吸向表面,就像水龍頭流出的一股小水流會沿著一把勺子的彎曲背面流動一樣。

表面張力和康達效應聯(lián)合作用的結(jié)果,使一些奶液奇怪地跨過奶盒頂面亂淌,流到奶盒的側(cè)面,并最終快速地流到地板或你的鞋子上。

康達效應俗稱附壁效應,是以亨利?康達(Henri Coanda, 1886—1972)的名字命名的。亨利?康達發(fā)明了用兩個燃燒室推動的噴氣飛機。當時他把兩個燃燒室置于飛機的前部附近,在機身的兩側(cè)各置一個向后噴射氣流。讓亨利意想不到的是,在引擎點火后,噴出的火焰緊貼著機身的兩側(cè)直噴到機尾,而不是沿直線噴向引擎出口的后方??颠_對這一問題進行了深入地研究,并由于這個效應的發(fā)現(xiàn)而聞名于世。

我們還應該考慮另外一種作用,該作用也會造成從容器向外傾倒液體時產(chǎn)生有偏差的液體射流。這種作用就是“咕咚效應(glugging)”,它發(fā)生在空氣被吸入容器較狹小的開口去取代容器里失去的液體的時候。這種作用使液體倒出的射流發(fā)生震動,即使在相對較高的傾倒速度的情況下,也會導致周期性的附壁效應。

附注:

因為液體具有圍繞某個表面流動這種一般趨勢,所以康達效應在許多場合都可以見到。這可用一個演示方法進行嘗試。在桌子上放一個直立的圓柱體(洗干凈的酒瓶即可),把一支點燃的蠟燭放在它的后側(cè)。當你對著酒瓶吹氣時,盡管酒瓶明顯地擋住了吹出的氣,但蠟燭還是滅了。這是因為氣流沿著瓶子繞過并在另一側(cè)重新匯聚一處,而不是被偏轉(zhuǎn)散開。

現(xiàn)在拿一個頭發(fā)風干機,調(diào)到冷風擋并讓氣流垂直向上。如果風干機的口大約與乒乓球相仿,效果會最好。此時,可以把乒乓球放在氣流之中,球會在那里十分歡快地上下跳動而不會掉下來(找到合適的點會有些難度,所以可能要試驗幾次才能成功)。這又是一個氣流黏附某個表面的例子。這里氣流黏附的是乒乓球的表面,球也是因康達效應而被保持在某個位置。由于這種作用相當強大,如果想讓球離開風干機,你將需要把風干機傾斜,稍微偏離垂直方向,才能讓球的重力作用勝出。

想閱讀更多嗎?

在www.allstar.fiu.edu/aero/coanda.htm網(wǎng)頁上,可以找到造于1910年的第一架真正的噴氣機“康達號1910”的照片,以及設計者的有關(guān)信息。


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