为什么从杯子里倒液体时候经常会洒出来?

为什么从杯子里倒液体时候经常会洒出来?

首页休闲益智重力滴落更新时间:2024-08-01


这个问题是我们大多数人在生活中都经历过的,但如果不是专门了解过的话,可能很难说清楚到底是为什么。鹿角网曾经为这个问题烦恼过,直到找到其中的窍门,才终于解决了这个烦恼。

听起来可能会有些不可思议,因为导致我们没法好好倒水的原因竟然也是飞机飞行的原因。对于飞机来说,周围的空气附着在机翼上,产生飞行所需的升力,对于杯子来说,里面的液体会紧贴着弯曲的杯口,然后沿着杯口附近的外侧表面滴落下来,给我们留下一堆需要清理的东西。

我们把这种现象称为“柯恩达效应”,或者附壁作用,根据不同的翻译,也被称为“康达效应”、“科安达效应”等。它解释了流体附着在曲面上的现象。

这种效应最早是由罗马尼亚工程师、数学家亨利·柯恩达发现的。1910年,年轻的柯恩达偶然发现了这个现象,当时他正在测试他建造的柯恩达-1910飞机。

虽然这架飞机没有飞起来,甚至在预热期间起火了,但对柯恩达而言并不完全是白费功夫,因为他注意到了一些不寻常的事情。他观察到从发动机排出的燃烧气体在飞机机身附近飞行。随后的实验和研究最终使他证实了我们现在所知道的“柯恩达效应”。

柯恩达本人将这种效应描述为“从孔口喷射出的流体倾向于跟随邻近的平面或曲面,并将流体从周围环境中吸入,从而形成一个低压区域。”

简单地说,柯恩达效应是诸如空气或任何其他液体之类的流体粘附并沿着平坦和弯曲表面流动的趋势。

从孔口出来的喷射流将周围的空气吹走,这股喷射流的速度比周围空气的速度要快。根据伯努利原理,速度越快,流体的压力越低,反之亦然。所以,低压射流被相对高压的环境空气所包围。周围的空气从两边推动飞机,使它在中间保持平衡。

当一个固体表面在射流的一侧出现时,高压环境空气将这个射流向上推,使这股射流保持平衡。而来自另一侧的环境空气迫使射流向下,使其粘附在表面上。即使这个表面是弯曲的,射流也会继续附着在表面上。

回到我们的问题,从杯子里倒水很困难有两个原因。首先,是由于液体的表面张力而造成困难,其次,是由于柯恩达效应导致液体分子粘附在杯子表面上而造成困难。表面张力和柯恩达效应共同作用,把我们的桌子弄得一团糟。

杯子里的液体分子受到周围空气的压力。当一个人从杯子里倒东西时,周围的压力会迫使液体附着在杯子的表面。即使当杯子的表面在杯口处弯曲时,分子仍然会被粘住。由于柯恩达效应,为了防止液体滴落,重力必须克服液体的表面张力和液体与杯子表面的附着力。十分之九的情况下,这些力加在一起太大了,重力无法克服,所以液体会顺着杯子表面滴下来。

柯恩达效应也被认为是机翼形状产生升力的原因,尽管这一点尚未得到证实。很长一段时间以来,人们认为翼型产生升力是伯努伊利原理的结果,但是使用模拟软件进行的大量研究证明并非如此。

机翼两边都是弯曲的,正如柯恩达效应所暗示的那样,流体颗粒附着在弯曲的表面上。这种附着力迫使气流向下流动。要使流体附着,颗粒顶部的压力必须大于底部的压力。这也会在机翼的相对两侧产生压力差,从而产生升力。此外,根据牛顿第三定律,向下流动产生向上的力的形式是升力。

除了在飞机上产生升力外,柯恩达效应的其他应用还包括水力发电、振荡流量计、空调等。在计量、汽车、医药等领域也有应用。在汽车中,这种效应主要由F1汽车制造商用来保持废气以及某些流体分配器中的废气,而在医学中,这种效应出现在呼吸机中,帮助我们更好地理解人类心脏二尖瓣返流。

当然,柯恩达效应并不是普遍适用的,它只适用于曲率不是很尖锐的曲面。因此,为了避免饮料洒出,请让杯子与水平面保持一个更大的角度,迅速倒出!

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