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摘要:在16世纪,列奥纳多·达芬奇首次描述了一种有趣的水现象,后来被称为水跃。仅仅五个世纪后,科学家们终于解释了为什么会发生这种情况。水跃是指水上升形成较厚的一层的点。英国剑桥大学化学工程与生物技术系博士研究生、第一作者RajeshK.Bhagat说,到目前为止,所有的解释和方程都是以重力为主要力量的,Bhagat和他的团队最近发现重力和这些水跃几乎没有任何关系。排除了重力的影响,Bhagat和他的团队进行了一个简单的实验。
在16世纪,列奥纳多·达芬奇首次描述了一种有趣的水现象,后来被称为水跃。仅仅五个世纪后,科学家们终于解释了为什么会发生这种情况。
这种跳跃并不是只有科学家才能看到的模糊属性。你真的只需要走进你的厨房或者跳到淋浴间去看看。
如果你打开水龙头,注意当水碰到水槽表面时会发生什么。它创造了一个非常薄、快速流动的圆形水层,周围环绕着一个较厚、同心的湍流环。水跃是指水上升形成较厚的一层的点。[世界上最美的方程式]
始于1819年意大利数学家Giorgio Bidone,许多研究人员试图解释是什么导致水以这种方式跳跃。英国剑桥大学化学工程与生物技术系博士研究生、第一作者Rajesh K.Bhagat说,到目前为止,所有的解释和方程都是以重力为主要力量的,Bhagat和他的团队最近发现重力和这些水跃几乎没有任何关系。他们在7月31日发表在《流体力学杂志》(Journal of Fluid Mechanics)网站上的研究报告中称,相反,它们背后的主要作用力是表面张力和粘度。
排除了重力的影响,Bhagat和他的团队进行了一个简单的实验。他们用一股水流撞击一个平坦的水平表面,形成一个简单的水力跳跃——就像你在厨房水槽打开水时看到的那样。但随后,他们以不同的方式倾斜这个表面:垂直、45度角和水平-这样,最后,水的喷射将击中一个成为天花板的表面。为了捕捉最初的跳跃,他们用高速摄像机记录了发生的事情。
在每种情况下,液压跳跃都发生在同一点上。换言之,无论平面处于哪个方向,快速移动的薄内层都是相同大小的。巴加特说,如果是重力引起了跳跃,那么除了水平面以外的任何一个平面上的水都会被“扭曲”这个简单的实验证明了它不是重力。“KdSPE”“KdSPs”“KdSPE”新理论不受重力“KDSPs”的影响来研究其他可能发生的力,研究人员改变了水的粘度——一种通过与甘油混合来测量水流阻力的 ... 。一种表面张力类似于水的酒精,但那是1,它们的粘度比水的粘度高000倍。“KdSPE”“KDSPs”还保持了粘度常数,降低了表面张力——将液体分子聚集在表面的吸引力——通过在洗涤剂中的一种常见成分——十二烷基苯磺酸钠(SDBS)混合。最后,他们通过混合水和丙醇(另一种酒精)来改变粘度和表面张力,使溶液比纯水粘度高25%,但表面张力弱三倍。“KDSPE”“KDSPs”允许研究人员分离每种作用力的影响,资深作者Ian Wilson教授。同样来自剑桥大学的软固体和表面告诉《生活科学》:
的重点是“能够预测薄膜和厚膜之间的转变从哪里开始,”威尔逊说。以前的许多理论都不能做到这一点,因为一旦厚层碰到某一种边缘,比如水槽的边缘,水跃的位置就会改变。
水跃发生在表面张力和粘度的作用力相加并平衡液体射流的动量的地方,作者发现,
Wilson说:知道这种跳跃首先发生在哪里,可能会在工业中得到应用。在跳跃前形成的薄层比较厚的一层承受的力大得多,从而使较薄的区域更有效Bhagat说:
高速水射流用于工业应用,如牛奶加工中的清洗和飞机涡轮叶片或硅半导体的冷却。威尔逊说,在这些应用中,间歇喷水通常更有效。为了提高间歇喷射的效率,你需要能够预测初始水力跳跃发生的位置,他说,
最初发表在《生命科学》杂志上
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