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为什么流动的水,看起来却像静止一样?这究竟是什么原理?

历史2021-12-14167 次阅读

明明是流动的水,为什么看起来就像是静止了一样?

前段时间,一条由网友在阿尔卑斯山旅游时拍摄的视频火了,明明是流动的水,看起来却一动不动,像时间静止了一样。为了证明所拍及所见,网友还用自己的手不断触碰水源。

为什么流动的水,看起来却像静止一样?这究竟是什么原理?

这神奇的一幕是个什么情况?这些流水为什么又能做到静止不动呢?

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不知道大家在日常生活中有没有见过这样的情况,水柱明明是一直有运动的,可看上去就像被“点穴”了一样,一动不动。

这不是魔术,也不是魔法,但却能让人大呼神奇。

为什么流动的水,看起来却像静止一样?这究竟是什么原理?

其实这里面的原理非常简单,想要了解水柱为什么会这样,就要先知道我们日常生活中,流体,也就是会流动的液体的三种主要流动方式。

首先第一种,层流,你也可以叫它片流或者稳流。一般这样的流体都是分层流动,可以说是互不混合、互不干扰,自己流自己的。

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第二种,过渡流。这种就是层流开始渐渐增加流速,然后流出来的液体开始波浪起伏后的叫法,因为它们的频率和振幅都是随着流速增加而增加的,所以样子也会不一样了。

第三种叫做湍流。就是当过渡流的流速增加到一定程度后,流线开始变得不清晰了,就连流场中都开始充斥许多小漩涡了,因为流体的运动变得毫无规律,速度又快,所以叫做湍流。

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相信大家也发现了,视频开头出现的静止的水柱,就是第一种流体,层流。

但它在我们日常生活中出现的机会很少,有些人可能一辈子也见不到一次,非常可惜。

那怎么办?如何在生活中做出一个完美的“层流”呢?

首先我们可以拿一个随处可见的气球,然后将其装满水,再用胶带在气球表面粘出一个正方形口子出来,最后,拿出一枚钢针,用力且迅速地扎破这个口子正中位置,这时你就会发现,你眼前出现了一个标准的层流了。

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整个水柱看上去一动不动,就像是一条被静止了的完美抛物线。

这时你可以用手去碰它,感受一下它的确是在流动的。

但层流只要受到外界的因素影响就会立马被打破,随之出现的就是湍流,所以如果你玩太久了,当气球里的水被放得差不多了,层流也就没了。

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简单点说,这也就是一个流体在常温下给人眼球造成的错觉罢了。

在流体的运动中,它们每个水分子都是按照精确的运动轨迹在进行的,一个水分子流下去了,另一个水分子就会以一模一样的步伐与速度补上,步态一致,毫无偏差。

只是因为日常生活中不常见,所以才觉得神奇。但是在一些专家们眼中,这些情况早已见惯不惯了。甚至还以层流和湍流,做出了不少有利人类的发明。

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比如你看湍流,它的流体特点就是不规则,整个水分子的运动都是杂乱无章、无迹可寻的。我们日常生活中非常常见,比如瀑布、溪流等水体的流法,都是湍流。

这也就导致两者之间在传递能量、热量甚至质量方面都大相径庭

一个多,一个少

一个节省、平稳

一个湍急、力量大

那我们生活中有怎样的发明是按照这些规律来的呢?

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你见过炫酷的超级跑车、雷厉风行的犀利战斗机,甚至微电子领域的手机芯片吗?

这些都是在一定程度上运用了层流原理,不仅减少了能量的消耗,更是增加平稳性。

而我国一些知名的水利枢纽或电力工程,运用的就是湍流原理,因为就是需要水流强大的冲击力,带来的巨大能量,才能为我们产生效益。

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同理,像一些风力发电的原理,其实运用的就是大气方面的湍流了,用其强大的风力来推动风车转动,然后发电来供人类使用。

你还能想到其它的事情原理,运用的是平流或湍流原理吗?可以将答案写在评论区,一起讨论一下。

那我们要如何区分流体是否出现了平流现象呢?

这个就比较专业了。

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除了肉眼区分外,还可以运用雷诺数来预测,根据公式可以看出,水的粘度也与流体现象有关,比如温度接近常温,在20摄氏度左右时,水的粘稠度就较低,但随着温度越低,水的粘稠度就会越大,当水的粘稠度增加到一定范围时,就会影响到水的流动习惯了,所以除了通过自然方式制作,还可以增加水的粘稠性来制作层流效果。

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比如你用正常水制作层流现象很难,但你用蜂蜜来制作,就会简单很多。

或者在常温下用水制作很难,但你在低温的环境下制作就会简单得多。

所以有网友在阿尔卑斯山旅游时,就会比在日常生活中更容易见到层流现象,因为高度越高,温度越低。

为什么流动的水,看起来却像静止一样?这究竟是什么原理?

对此,你有什么想说的?又有什么独到的见解呢?欢迎留言与大家一起讨论!