奇妙流体运动照片:超声波喷泉(图)


据新科学家杂志网站报道:本周,研究流体动力学的美国物理学家聚首明尼苏达州明尼阿波利斯,展示了他们所创作的最佳“流体运动”实验图片。

流体动力学(Fluid dynamics)是流体力学的子学科。流体动力学研究的对象
是运动中的流体(流体指液体和气体)的状态与规律。

流体动力学底下的小学科包括有:空气动力学(研究气体)和hydrodynamics(研究液体)。流体动力学有很大的应用,在预测天气,计算飞机所受的力和力矩、输油管线中石油的流率等方面。其中的一些原理甚至运用在交通工程,交通运输本身被视为一连续流体。

1. 超声波喷泉

超声波喷泉
超声波喷泉

如果利用高频率声音“聚焦”于水面之下的少量水域中,就会形成图中所示的“超声波喷泉”。当声波在水中传播时,会形成一种巨大的压力,使得一些区域的液态水变成气态形成气泡。这些气泡也会由于声音的振动而被排出水面,这样水面就会像沸腾的水面一样翻滚。

2. 空气旋涡

超声波喷泉
空气旋涡

空气旋涡通常形成于飞行中的飞机翼尖处。当飞机接近地面时,空气旋涡可能会影响飞机的动作。本图是利用激光照射荧光染料的方法所拍摄的空气旋涡的照片。图中红色的旋涡是初始旋涡,当气流与地面交接时又形成了第二个旋涡(绿色部位)。

3. 反泡泡

超声波喷泉
反泡泡

反泡泡(Antibubbles)也是一种小液滴,就是液体里悬浮的一种球形薄壁气泡。当一种液体流入另一种液体时,通常会形成这种反泡泡。

此前,对于反泡泡的物理属性,人们研究较少。和液体里普通空气气泡不同的时,反泡泡会下沉而且状态较不稳定。本图是关于反泡泡的实验效果图。当肥皂水中出现一个漩涡,反泡泡会拉长或是被漩涡击破,还有许多反泡泡(黑线圈)被拉进漩涡中。

4. 液体分界面

超声波喷泉
液体分界面

图中这种奇怪的蘑菇状物体事实上是两种不相溶液体之间的不稳定分界面。这两种液体分别是水和密度较大的氟代烷基甲基:上层是水,下层是氟代烷基甲基。在一束短脉冲激光照射下水份被蒸发,于是就在两种液体的分界面上形成了一个气泡。

这个气泡收缩后回到液体表面会继续收缩,缩小的气泡会沉入下层较重的液体中。下层较重的液体又会产生一种反弹力将其弹出表面,于是就形成了这种蘑菇形状。图中,蘑菇头是由氟代烷基甲基组成。最终,这种蘑菇状结构又会破裂,沉回剩下的液体之中。

5. 液体粘性

超声波喷泉
液体粘性

液体粘性是指液体内部的阻力。硅树脂油的粘性大约是水的粘性的10倍。当一滴硅树脂油滴到干燥的玻璃表面时,它会分散形成一层形状规则的薄油脂层,直到周围出现触角。但是,像水这种粘性较低的液体滴到玻璃表面时会立即飞溅开来。但是,在低气压环境下,这种差异会减小甚至会消失。本图是在大气压力下拍摄的。


6. 水中贝壳阻力

寄生蟹通常喜欢寄居在那些不容易被水流冲走的贝壳中。因此,它们在选择贝壳时形状因素非常重要。因为,不同形状的贝壳在运动的水流中可以产生不同的阻力。

本图介绍的是采用一种粒子图像测速技术对贝壳周围的水流进行测速的实验过程。微小的追踪粒子悬浮于液体中,可以测量液体的速度并将其形成图像。根据所得的图像进行分析,研究人员发现粗糙的贝壳在水流中移动较快,而平滑的贝壳则在水流中运动较慢。


7. 油滴下沉

图中这个酒瓶状的物体
事实上是一个滴入盛满异丙醇的油滴。油滴的密度比异丙醇大因此它会下沉当油滴完全沉入异丙醇中时它就会溶解。在油滴下沉的过程中,它的运动、粘附和扩散等行为就使其形成了这个平滑的酒瓶形状。


8. 日本黑潮洋流

海洋表面的水流是一种相互连接的拼凑体。本图
就是向人们展示了海水如何拼凑成一体的复杂过程,这个过程也是气候模型的重要特征之一。研究人员对日本黑潮洋流的卫星数据进行了分析得出这个结果。图中红色部分代表的是快速移动的海水,形成一个个连环圈状的几何结构。


9. 激光下的气泡

当一束单独的激光束
照射到显微镜载片上的一层液态薄膜之上时,就会在液态薄膜中产生这组25个泡泡。这幅照片曝光于激光束照射后的6微秒内。由于周围液体的压力,外层泡泡会慢慢被压缩,而内部泡泡则因为有外层泡泡的保护暂时还处于较大形状整幅图片跨度仅为0.2微米。


10. 岩脉形成

本图显示的是:将调味酱注入到凝胶中
来进行某种地质学构造研究的实验过程。这种地质学构造就是所谓的“岩脉”。岩脉通常形成于地壳之中,由入侵的岩浆所造成。在本图中,调味酱的压力不断增大,直到它在凝胶中挤出一个裂缝。调味酱于是充满裂缝,凝胶裂缝也在不断扩展最终延伸到表面。 (唐宁)



【诚征荣誉会员】溪流能够汇成大海,小善可以成就大爱。我们向全球华人诚意征集万名荣誉会员:每位荣誉会员每年只需支付一份订阅费用($68美元/年),成为《看中国》网站的荣誉会员,就可以助力我们突破审查与封锁,向至少10000位中国大陆同胞奉上独立真实的关键资讯,在危难时刻向他们发出预警,救他们于大瘟疫与其它社会危难之中。

欢迎给您喜欢的作者捐助。您的爱心鼓励就是对我们媒体的耕耘。 打赏

看完这篇文章您觉得

评论



退党

看中国版权所有 Copyright © 2001 - Kanzhongguo.com All Rights Reserved.

x
我们和我们的合作伙伴在我们的网站上使用Cookie等技术来个性化内容和广告,提供社交媒体功能并分析我们的流量。 点击下方同意在网络上使用此技术。您要使用我们网站服务就需要接受此条款。 详细隐私条款. 接受