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夏天最让人惬意的老三样
当属空调、WIFI、西瓜
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其中吹空调最讲究的是
把凉风引导到正确的位置
小编为此开展了实验
踏上了成为“引流之主”的旅程
实验器材
【表面张力|如何成为一名合格的“引流之主”?】所标杯、勺子、流水
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实验过程
准备好一个勺子
塑料轻质的效果会更明显
打开水龙头
手轻捏勺柄尖端使其自然下垂
然后让另一端
慢慢贴近自来水水柱
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可以看到勺子似乎
被流水“吸住”了
离开水柱后又恢复了
自然下垂的状态
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最后提醒
水资源珍贵
实验虽好玩
但请勿浪费
原理解说
对于实验中的现象 , 通常的解释[4]是:因为水流具有康达效应(Coand Effect) , 所以在与勺子的凸面发生作用时 , 水流会沿着弯曲的表面流动 。 这样一来 , 水的流动方向就发生了改变 。 从结果上看 , 就是水流受到了勺子施加的一个水平方向的“吸引力” , 获得了水平方向的动量 。 所以 , 根据牛顿第三定律 , 水流也会对勺子产生“吸引力” , 将勺子吸住 。
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左图水流较小 , 右图水流较大
但是 , 我们仔细观察就可以发现 , 如上图 , 当水流较小时 , 水流基本上都能贴着勺子流动 。 但如果加大水流的速度 , 水流在勺子下缘会变成类似水膜的状态 。 这一点并不能很好的被康达效应解释 。
小编查阅了相关资料之后发现 , 有人认为这个实验用康达效应解释是一种误用[2] 。 书中给出了另一种说法[1] , 它的观点是:由于水的表面张力且水与勺子之间存在着分子间的吸引力 , 所以水流的方向因此发生了改变 。 又因为表面张力与水流的流速无关 , 所以 , 当水流流速变大时 , 表面张力不足以“吸住”所有流过的水流 , 因此 , 水流会受重力作用 , 脱离勺子的表面 , 形成这种水膜 。
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水流变小[3]
对于这个观点 , 小编还是有点困惑的 , 从上图可以 看出 , 如果水流变小的话 , 勺子会脱离水流 , 如果是表面张力的作用 , 此时勺子应该还是会被水流吸住 。 这里用康达效应反而能解释的很好 , 即水流的动量改变量变小了 , “吸引力”就变小了 。 (不得不说 , 流体力学还是很复杂的)
如果我们把这个实验转个90度 , 就可以将勺子看成是飞机的机翼 , 水流就是机翼旁流动的空气 , 水流的“吸引力”就变成了机翼上的升力 。 利用这一点 , 飞机在设计时 , 会让机翼具有一定的攻角 , 从而增大升力 。 (这里也看出 , 飞机的升力并不是简单地用伯努利原理进行解释的)
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值得注意的是 , 机翼的攻角不能过大 , 因为攻角过大时 , 升力反而会下降 。 飞机失速就是飞行时迎角过大引起的 , 此时飞机有可能会发生尾旋 。 如果不及时改出 , 是非常危险的 。
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失速与改出
分析完实验原理 , 小编准备去空调旁边吹吹凉风 , 但是 , 一位体态呈x2+y2+z2=c的同学抢先一步站在了出风口旁 , 一边享受着凉风 , 一边得瑟地看着晚来一步的小编 。 回想起实验的原理 , 小编不慌不忙站到了他身后的不远处 。 他从一开始的嘲笑 , 到惊讶 , 再到五体投地 , 非常好玩 。 风吹动了小编满头的头发 , 是凉风!但是就是有点……味儿~
参考资料
[1] Understanding Aerodynamics Arguing from the Real Physics

来源:(中科院物理所)
【】网址:/a/2020/0801/kd358926.html
标题:表面张力|如何成为一名合格的“引流之主”?