主题:流体力学趣事-前言 -- 沐右
斜率是否为1?
我也没有太仔细看相关的文献,如果你有兴趣的话我可以把我找到的几篇文献都发给你看一下。或者你也可以搜索“raindrop size distribution”自己找一下看。
这两种方法测量的结果(直径分布曲线)在我看来是比较接近的,其范围、对数座标下的衰减行为都是一致的(直径比较大的一端基本上是指数衰减),在[2]里面有提到说“电子秤”的那种方法会产生一些不应该存在的峰,不过并没有仔细说。
上文说到由于表面张力和空气阻力的存在,雨滴有一个大小的限制,而且,由于空气阻力和速度正相关,雨滴不会在重力的作用下速度不停地增加下去。这样,雨滴打到我们身上的时候,即使是少数个头稍微大一些速度快一些的,我们也一般不会感觉到疼痛,更不会对身体造成什么直接伤害。
水花水花为什么?
然而,雨滴的速度已经足够把它自己撞个粉身碎骨了。当雨滴撞到一个光滑平面的时候,就会碎裂开来,水花四溅,在撞击的地方留下几许水痕。在海边,大家也能看到大海波涛滚滚,撞到礁石上,变成“浪花一朵朵”。这是为什么呢?在这个过程中,什么才是主要的关键因素呢?
芝加哥大学的Wendy Zhang教授和Sidney Nagel教授在一个实验里揭开了这个秘密。他们研究了一个水滴是怎么样撞到一个干燥光滑的平面上的[ 1 ] 。结果如下图所示:
在Sidney Nagel教授研究组的网页上(链接),我们还可以找到他们拍摄的水滴和平面撞击的视频,
[FLASH]http://www.tudou.com/v/1kwl92GhbJU/v.swf[/FLASH]
一个大气压下水珠和平面碰撞的过程
[FLASH]http://www.tudou.com/v/As7ABkS2cqY/v.swf[/FLASH]
0.2个大气压下水珠和平面碰撞的过程
直径为3.4毫米的水滴以3.74米每秒的速度落在平面上(相当于从约70厘米高的地方落下),而碰撞的过程由高速摄像机忠实地记录下来。 在一个大气压下,水滴撞在平面上,发生形状的变化,而边缘则会激起一圈美丽的托盘样的浪花,碎裂成很多的小水滴。随着气体压强的降低,激起的浪花越来越小。在0.172个大气压下,水滴撞到平面上之后,就只是平滑的摊成薄薄的一层,不会激起任何的浪花。由此我们可以看出,海水、礁石都不是关键的因素,空气的存在才是形成浪花的 决定条件,如果没有空气的话,我们也看不到浪花朵朵的美景了。
在这个水滴和平面碰撞的过程里,水的表面张力使得水尽量平滑地铺开,而空气对运动的阻碍和摩擦使得水散开的边缘不稳定。这两种因素的竞争就决定了是否会激起浪花。他们利用不同液体和气体重复这个过程,得到的结果是一致的[ 1 ]。更进一步的研究表明,水滴和平面接触之后,两者正中间的地方会形成一个小气泡,水花飞溅的过程与水和平面间夹着的这层空气有很大的关系[ 2 ]。
参考阅读:我在科学松鼠会上的文章《水面上舞动的精灵(2, 3)》
参考资料:
1. L. Xu, W. Zhang and S. R. Nagel, Phys. Rev. Lett. 94, 184505 (2005).
2. M. M. Driscoll, C. S. Stevens and S. R. Nagel, Phys. Rev. E 82, 036302 (2010); M. M. Driscoll and S. R. Nagel, arXiv:1108.1129v1 (2011).
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在头发上擦两下,再轻轻放下去。
得非常轻,最好是托在手指上,手慢慢沉入水中。
因为头发上有油,如果针或硬币被清洗的非常干净,丝毫油脂都没有,是浮不起来的。
油是疏水的,清洁的金属一般是亲水的。
然后呢?上面的文章有一段
俺这是班门弄斧了。
玻璃和陶瓷的碗盆睡眠和边沿接触的地方是向上的,如果是其他的不侵润的材料,则有可能是向下的。
这个地方没有说那么仔细。
硬币并不需要有油才能浮起来,我把1分的硬币仔细用洗洁精洗过擦干,一样能够很容易地浮起来。虽然表面有一个浸润的角度,但是实际上硬币会把水面往下压,角度还是对的。
1分的硬币应该是铝合金,仔细洗净后应该是侵润的,据我所知只有不侵润的才能浮起来。
把试验设计的严格点,洗净后晾干,或者用新的医用纱布擦干,擦时手指不能接触,手指上也有油。
如果水的表面张力大一些,或者粘度高一点,或者空气的阻力小一些,那么就很可能会出现拳头大的雨滴,那么生物登陆之前先得进化出厚厚的装甲,地面上就是龟的天下,于是就无法进化出人类,于是就没有人来思考物理规律是否完美。
难道这个世界就是上帝为了让人来争论到底有没有上帝而创造出来的?
应该成正比吧,而且也应该是在一个速度范围内吧。
老是出这种非常简单的错误。。。。
速度高的时候阻力和速度的平方成正比。
谢谢了。给你送朵花,我还得了个宝。
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不过在我看来上帝是不存在的。。。。。
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咖啡干了,会留下一圈黑印。
一滴咖啡蒸发后,会在液滴的边缘形成一个比中间区域颜色深得多的暗环,这种不均匀的沉积现象就是所谓的“咖啡环效应”。
如何抑制“咖啡环效应”成了最近一期《自然》杂志的封面故事。
最近看了两篇文章,才想起来我原来也为此头疼过很久。过去在半导体生产公司的时候,一道工序是要在硅片表面均匀涂上含金溶液,然后烘干,剩下表面一层金化合物。结果表面干燥以后总是花的。仔细观察,当表面溶液快干时,总是液滴外围越来越黑,最后干燥时剩下一堆圆圆的黑圈。最后就责成我去改进这个工艺。
我也是不懂啥的,责无旁贷。然后两个月里没休一天假,什么手段都上了,改变烘干时间,改变温度,热风吹,超声波震荡,表面活性剂,EDTA,双氧水,甘油,稀盐酸,什么招都上了,愣是消除不了。最后,只好来个综合措施,多烘干几遍,反复多次,弄得不明显了。
原来这里面道道还真不小的。流体力学真的水太深了。
http://songshuhui.net/archives/46899
http://www.mittrchinese.com/single.php?p=136734
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你把我以前的文章给翻出来了。。。。
抑制咖啡印记的话,其实有比较简单的方法的。拿个比较浅的盖子,让液体只能通过盖子中间的孔蒸发出去就能改善很多。
对应的,在另外一个平行世界里,水的表面张力略大,空气阻力则略小,那个世界则是为了让龟们争论上帝是否存在而创造的