漩涡与层流

2012-12-29 00:00:00
中国科技教育 2012年4期


  
  所需材料
  旋紧式瓶盖的透明塑料瓶子或者罐子
  洗手液(或洗涤灵、洗衣液)
  水
  着色剂(可以用墨水、水彩颜料或酱油代替)
  透明胶带
  制作步骤
  
  1.向瓶子或者罐子内倒入洗手液,容量为1/4瓶子容积。加进入一滴到两滴着色剂,有颜色更容易看到漩涡。
  2.打开瓶盖,慢慢把水装进瓶子(如果水装得太快,会产生泡沫),注意别把水洒到瓶子外边,直至瓶子刚好装满。
  3.旋紧瓶盖,上下摇动瓶子数次以使洗手液和水混合均匀。如果有泡沫产生,旋开瓶盖并且再倒进一点水,让泡沫滑到瓶子边缘去,然后重新旋紧瓶盖。
  4.把瓶盖和瓶子擦干,用透明胶带固定瓶盖以防止渗漏。
  5.慢慢地旋转瓶子,你能看到什么?停止旋转瓶子的时候,发生了什么?如果快速旋转,又发生了什么?
  6.上下或左右晃动瓶子。你看到了瓶子里有什么不同的现象了吗?
  7.如果瓶子里的液体颜色使它看起来像固体,只要再一次旋转或者摇晃一下瓶子就能看到更多的现象。如果瓶盖密封得好,漩涡和层流可以持续很久。
  
  活动原理
  一般来说,在一个装满水的罐子里,往一个方向运动的水看起来和往另一个方向运动的水没什么两样。但是,洗手液那种比较黏稠的化学制品,可以让你看清楚水流动的景象。
  当慢慢旋转瓶子的时候,你很可能会看到水里有平滑的条纹。当水层慢慢地流动并且平滑地各自穿越的时候,你就看到这个景象了,科学家把这种现象称之为“层流”。
  当你忽然停止旋转瓶子的时候,或者转得非常快的时候,你可能看到很多漩涡和波浪似的形状。当一层水快速地流动穿过另一层水时,会带来湍流,这在你看来就是漩涡。
  在设计飞机、汽车、轮船、高尔夫球和其他需要穿过空气或者水的物体时,人们就要研究物体穿过气流或者水流时会产生怎样的现象。在气流或者水流中产生的独特现象会影响飞机的飞行状况,会影响汽车单位容积汽油所行驶的里程数,会影响一艘船的航行速度,也会影响高尔夫球飞出去的距离。