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流体:别问,问就是旋转!

本文接之前的推文继续展示那些神奇的流体现象。

百变烟环

电子烟:主要由盛放尼古丁溶液的烟弹、雾化器和电池等组成。雾化器可将烟弹内尼古丁溶液转变成雾气,让吸食者有一种吸烟的感觉。

想当年,电子烟是用来吸的,如今却被玩出了花样。

图 | 奇变万化的烟圈

为什么图中烟雾容易成型,而市场上的香烟烟雾却极易扩散?

图 | 奇变万化的烟圈

图中电子烟雾化蒸气含有强吸水性成分(如),因此雾气烟环内部吸附作用强,不仅不易扩散而且还具有弹性。 

图 | 弹性烟环一分二

图 | 弹性烟环一分四

其次,制造如此美妙多变的烟环还需熟练的技巧:吐烟口型对烟环周围气流恰到好处的控制。

图 | 吞云吐雾

舞动的水滴

同样的液滴落下,为什么会出现反弹?反弹轨迹为什么还不同?

图 | 不同的液滴反弹

液滴垂直落下后,如果着落平面是疏水性的,液滴便会垂直反弹而不会粘附。

图 | 水滴滴落,正常反弹

疏水性:对水具有排斥力的属性。例如,水滴可以在荷叶上滚动而不会附着表面,并且总是以球状存在,说明荷叶表面具有疏水性。

亲水性:对水具有亲合力的属性。材料表面可吸引水分子,易被水润湿。

另外可发现,液滴反弹后会留下液体残痕。其实,液体残痕下的条纹材料是亲水性的,这些条纹被预先嵌在了疏水平面上。
图 | 液滴受亲水力后发生旋转(右图蓝色条纹材料具有亲水性,绿色条纹是残留液体)

液滴反弹收缩过程中,在不同形状亲水条纹的粘附力作用下,产生了不同的运动轨迹。

图 | 螺旋条纹使水滴螺旋运动

在无外界驱动情况下,借助疏水和亲水特性来控制流体运动状态是一种可行的方法。

水下子弹飞

电影中经常出现子弹穿入水下击中敌人的场景,子弹在水下到底是如何运动的呢?

图 | AK47水下射击

子弹飞行过程带动附近水流快速流动,导致水压迅速降低(伯努利效应),使水中空气大量析出(气蚀),产生了长圆形大气泡。


伯努利效应:流动速度增加,流体静压减小;流动速度减小,流体静压增加。

气蚀:当流动液体局部压力下降至临界压力时,液体中气核成长为气泡;当生成的气泡再次进入高压水区后会急剧收缩甚至溃灭。

图 | 手枪水下射击

之后,大气泡历经反复扩张-收缩(“气泡脉动”),逐渐溃灭(“气蚀”)

气泡脉动:水下高压气体迅速膨胀形成气体球过程中,气体球压力逐渐降低到周围水压后,在惯性作用下仍会继续膨胀;过度膨胀后,周围水压将气体球压回“原形”;压缩到最小时,球内气压达到最高,气体球再次膨胀;如此往复运动。该过程叫气泡脉动。

子弹在水下的杀伤力真有电影描述的那样吗?答案当然是否定的!

一名挪威物理学家用肉身做过实验,证明了普通枪的水下射程非常有限

图 | 科学家肉身实验

水的密度和粘度远高于空气,且不易压缩,子弹挤开水流前行所耗动能远远高于在空气中。这也是战斗蛙人使用专门水下武器的原因。

以受恐怖分子欢迎的AK47为例,空气中有效射程是300~400米,而水下有效射程却不到1米。所以遇袭时,你懂的。。

上期回顾:那些美如画的流体现象

来源:神奇的流体

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