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第21節(jié):對(duì)準(zhǔn)了再倒

怎樣把倉(cāng)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(huì)從奶盒底部滴流下來?

當(dāng)然,不只是奶會(huì)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(shí),如果傾倒太慢,都會(huì)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(shí),如果當(dāng)時(shí)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(gè)玻璃杯

一塊抹布(隨后進(jìn)行清潔)

如果想進(jìn)一步展示這個(gè)效果,還將需要:

一個(gè)直立的圓柱體(洗干凈的酒瓶即可)

一支點(diǎn)燃的蠟燭

如果實(shí)驗(yàn)者非常有信心,還將需要:

一個(gè)頭發(fā)吹干器

一個(gè)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(xì)流。

會(huì)看到的現(xiàn)象

倒奶的速度較低時(shí),奶會(huì)順著盒子邊緣滴淌而下,然后才落地。這個(gè)落地點(diǎn)應(yīng)該是那塊抹布及時(shí)跟進(jìn)的地方。倒奶的速度較快時(shí),奶會(huì)流得很自如,你會(huì)帶著信心把玻璃杯倒?jié)M。

究竟發(fā)生了什么

當(dāng)盛滿液體的盒子傾斜時(shí),其中的液面會(huì)抬高,向盒子的開口處運(yùn)動(dòng)。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(gè)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(yù)先期望的拋物線流向玻璃杯。

然而,在低的傾倒速度之下,會(huì)達(dá)到一個(gè)狀態(tài)點(diǎn)。此時(shí)表面張力足以使液體流動(dòng)的路徑改變方向,這樣一來,液體流不會(huì)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(shí)現(xiàn)附著,倒出的液流在表面張力的作用下會(huì)傾向于繼續(xù)黏著在該表面,形成被稱為“康達(dá)效應(yīng)(Coanda effect)”的現(xiàn)象。當(dāng)液體流過凸起的表面時(shí),這種效應(yīng)就會(huì)發(fā)生,這時(shí)在液流和凸表面之間會(huì)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(huì)沿著一把勺子的彎曲背面流動(dòng)一樣。

表面張力和康達(dá)效應(yīng)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(dá)效應(yīng)俗稱附壁效應(yīng),是以亨利?康達(dá)(Henri Coanda, 1886—1972)的名字命名的。亨利?康達(dá)發(fā)明了用兩個(gè)燃燒室推動(dòng)的噴氣飛機(jī)。當(dāng)時(shí)他把兩個(gè)燃燒室置于飛機(jī)的前部附近,在機(jī)身的兩側(cè)各置一個(gè)向后噴射氣流。讓亨利意想不到的是,在引擎點(diǎn)火后,噴出的火焰緊貼著機(jī)身的兩側(cè)直噴到機(jī)尾,而不是沿直線噴向引擎出口的后方??颠_(dá)對(duì)這一問題進(jìn)行了深入地研究,并由于這個(gè)效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)而聞名于世。

我們還應(yīng)該考慮另外一種作用,該作用也會(huì)造成從容器向外傾倒液體時(shí)產(chǎn)生有偏差的液體射流。這種作用就是“咕咚效應(yīng)(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(shí)候。這種作用使液體倒出的射流發(fā)生震動(dòng),即使在相對(duì)較高的傾倒速度的情況下,也會(huì)導(dǎo)致周期性的附壁效應(yīng)。

附注:

因?yàn)橐后w具有圍繞某個(gè)表面流動(dòng)這種一般趨勢(shì),所以康達(dá)效應(yīng)在許多場(chǎng)合都可以見到。這可用一個(gè)演示方法進(jìn)行嘗試。在桌子上放一個(gè)直立的圓柱體(洗干凈的酒瓶即可),把一支點(diǎn)燃的蠟燭放在它的后側(cè)。當(dāng)你對(duì)著酒瓶吹氣時(shí),盡管酒瓶明顯地?fù)踝×舜党龅臍猓灎T還是滅了。這是因?yàn)闅饬餮刂孔永@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(gè)頭發(fā)風(fēng)干機(jī),調(diào)到冷風(fēng)擋并讓氣流垂直向上。如果風(fēng)干機(jī)的口大約與乒乓球相仿,效果會(huì)最好。此時(shí),可以把乒乓球放在氣流之中,球會(huì)在那里十分歡快地上下跳動(dòng)而不會(huì)掉下來(找到合適的點(diǎn)會(huì)有些難度,所以可能要試驗(yàn)幾次才能成功)。這又是一個(gè)氣流黏附某個(gè)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(dá)效應(yīng)而被保持在某個(gè)位置。由于這種作用相當(dāng)強(qiáng)大,如果想讓球離開風(fēng)干機(jī),你將需要把風(fēng)干機(jī)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(jī)“康達(dá)號(hào)1910”的照片,以及設(shè)計(jì)者的有關(guān)信息。


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