魔力科学小实验,你发现没,水气球扎个洞流出来的水是静止的?

魔力科学小实验,你发现没,水气球扎个洞流出来的水是静止的?

首页休闲益智流动的液体更新时间:2024-09-22

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文 | 魔力科学小实验,本文为原创,欢迎关注及转载分享。

经常炒菜的朋友应该都有这样的体验:用油壶往锅里倒油时,油嘴出来的油就像是一根浅黄色的玻璃柱子,绵柔,细腻,要不是锅底的出卖,还真像根透明的玻璃柱。

这感觉像极了某句广告:某某巧克力,纵享丝滑……

与之相似的还有一个场景:装满水的气球,设法在其表面戳个小洞,喷出来的水柱像极了一根冰棍静止在空中。为什么会这样呢?水流不应该是流动的吗?

今天的实验也许能为你揭晓答案。

实验目的

认知层流与紊流是流体的两种流动状态。

实验所需材料

玻璃碗、气球、胶带、工字钉

实验操作步骤

1.借助水龙头将气球灌水至篮球般大小。

2.将灌水后的气球放进碗中,使其固定下来。

3.将胶带贴在气球表面,中间留一小块不要贴。

4.把气球移至开阔地带,并用工字钉刺破胶带中间的小方块。

现象及原理分析

通过上面的实验我们发现:扎个小洞后的水气球瞬间喷出了水柱,在靠近气球表面一端的水柱如同静止一般,只有在靠近末端的水流才可见明显的流动。

若不是用玻璃棒对水柱加以扰动,还真的很难分辨出这水是不是在流动。

像冰棍一样的水流

为什么会出现这种神奇的现象呢?原来,这是液体的层流现象。液体质点做有条不紊的运动、互不混合的流动形态称之为层流。层流是流体的一种流动状态,多见于流速较小时。靠近气球表面的水柱流速较小,流体沿着水流的平行方向做平滑直线运动,故水柱出现层流状态,一眼看过去给人一种水柱静止的假象。

再唠5毛钱的科普

与层流相对应的是紊流,层流与紊流是由于液体存在粘滞性而具有的两种流动状态。

何为层流与紊流?

层流是流体分子间彼此平行的分层流动,互不干扰与混杂,流体分子以非常精确的方式按照前一个分子的轨迹运动。

紊流是各流体分子间相互混合掺杂,不仅有沿着主流方向的运动,还有垂直于主流方向的运动。

当流体的流速很小时,流体分层流动,各流体分子呈你追我赶之势,此时为层流;当流速逐渐增大时,流体的流线出现波浪式的摆动,摆动频率及振幅随着流速增加而增加,此时称为过渡流;当流速增加到很大时,流线不再清晰可辨,流场中出现很多小漩涡,此时的流动状态称为紊流,也称湍流。

如何区分流动状态?

用雷诺数来判别。

雷诺数是流体力学中表征粘性影响的相似准则数,为纪念雷诺而命名,记为Re。雷诺数物理上表示惯性力和粘性力量级的比。

根据雷诺实验,流体的流速在管中心处最大,其近壁处最小。管内流体的平均流速与最大流速之比等于0.5。当雷诺数Re<2320时,流体的流动状态为层流;当雷诺数Re>4000时,流体的流动状态为紊流;当雷诺数Re=2300-4000时,流体的流动状态为过渡状态。

图片源于网络,侵删

有哪些常见的层流现象?

除了实验中气球喷出的水流之外,还有毛细管或多孔介质中的流动、轴承润滑膜中的流动、微小颗粒在粘性流体中运动时引起的流动、液体或气体流经物体表面附近形成的边界层中的流动等。

我们常听到的层流手术室是咋回事?

手术室对于环境的要求往往高于其他地方,因此常采用层流技术来净化空气。层流净化是采用空气洁净技术对微生物污染采取不同的控制,使控制空间内的空气洁净度达到各类手术要求。这样的手术空间环境就称为层流净化手术室。

简单来讲就是,经过层流净化后的空气更干净,更适合手术对环境的要求。

脑洞时间

现在你能解释油壶倒出的油呈“静止”状态的原因了吗?欢迎留言区探讨,咱们下期见!

实验注意事项

本次实验需谨防气球炸裂以及工字钉伤手,儿童请在成人监护下操作实验,并确保安全。

往期精彩实验回顾:

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