Quantcast

奇妙的流體運動照片:超聲波噴泉(組圖)

2016-06-24 13:05 桌面版 简体 0
    小字

據新科學家雜誌網站報導,研究流體動力學的美國物理學家聚首明尼蘇達州明尼阿波利斯,展示了他們所創作的最佳「流體運動」實驗圖片。

流體動力學(Fluid dynamics)是流體力學的子學科。流體動力學研究的對象,是運動中的流體(流體指液體和氣體)的狀態與規律。

流體動力學底下的小學科包括有:空氣動力學(研究氣體)和hydrodynamics(研究液體)。流體動力學有很大的應用,在預測天氣,計算飛機所受的力和力矩、輸油管線中石油的流率等方面。其中的一些原理甚至運用在交通工程,交通運輸本身被視為一連續流體。

1.超聲波噴泉


超聲波噴泉。(網路圖片)

如果利用高頻率聲音「聚焦」於水面之下的少量水域中,就會形成圖中所示的「超聲波噴泉」。當聲波在水中傳播時,會形成一種巨大的壓力,使得一些區域的液態水變成氣態形成氣泡。這些氣泡也會由於聲音的振動而被排出水面,這樣水面就會像沸騰的水面一樣翻滾。

2.空氣漩渦


空氣漩渦。(網路圖片)

空氣漩渦,通常形成于飛行中的飛機翼尖處。當飛機接近地面時,空氣漩渦可能會影響飛機的動作。本圖是利用激光照射熒光染料的方法,所拍攝的空氣漩渦的照片。圖中紅色的漩渦是初始漩渦,當氣流與地面交接時又形成了第二個漩渦(綠色部位)。

3.反泡泡


反泡泡。(網路圖片)

反泡泡(Antibubbles)也是一種小液滴,就是液體裡懸浮的一種球形薄壁氣泡。當一種液體流入另一種液體時,通常會形成這種反泡泡。

此前,對於反泡泡的物理屬性,人們研究較少。和液體裡普通空氣氣泡不同的時,反泡泡會下沉而且狀態較不穩定。本圖是關於反泡泡的實驗效果圖。當肥皂水中出現一個漩渦,反泡泡會拉長或是被漩渦擊破,還有許多反泡泡(黑線圈)被拉進漩渦中。

4.液體分界面


液體分界面。(網路圖片)

圖中這種奇怪的蘑菇狀物體,事實上是兩種不相溶液體之間的不穩定分界面。這兩種液體分別是水,和密度較大的氟代烷基甲基:上層是水,下層是氟代烷基甲基。在一束短脈衝激光照射下水份被蒸發,於是就在兩種液體的分界面上形成了一個氣泡。

這個氣泡收縮後,回到液體表面會繼續收縮,縮小的氣泡會沉入下層較重的液體中。下層較重的液體,又會產生一種反彈力將其彈出表面,於是就形成了這種蘑菇形狀。圖中,蘑菇頭是由氟代烷基甲基組成。最終,這種蘑菇狀結構又會破裂,沉回剩下的液體之中。

5.液體黏性


液體黏性。(網路圖片)

液體黏性是指液體內部的阻力。硅樹脂油的黏性大約是水的黏性的10倍。當一滴硅樹脂油滴到乾燥的玻璃表面時,它會分散形成一層形狀規則的薄油脂層,直到周圍出現觸角。但是,像水這種黏性較低的液體,滴到玻璃表面時會立即飛濺開來。但是,在低氣壓環境下,這種差異會減小甚至會消失。本圖是在大氣壓力下拍攝的。


水中貝殼阻力。(網路圖片)

6.水中貝殼阻力

寄生蟹,通常喜歡寄居在那些不容易被水流沖走的貝殼中。因此,它們在選擇貝殼時形狀因素非常重要。因為,不同形狀的貝殼在運動的水流中可以產生不同的阻力。

本圖介紹的是採用一種粒子圖像測速技術,對貝殼周圍的水流進行測速的實驗過程。微小的追蹤粒子懸浮於液體中,可以測量液體的速度並將其形成圖像。根據所得的圖像進行分析,研究人員發現粗糙的貝殼在水流中移動較快,而平滑的貝殼則在水流中運動較慢。


油滴下沉。(網路圖片)

7.油滴下沉

圖中這個酒瓶狀的物體,事實上是一個滴入盛滿異丙醇的油滴。油滴的密度比異丙醇大因此它會下沉,當油滴完全沉入異丙醇中時它就會溶解。在油滴下沉的過程中,它的運動、粘附和擴散等行為,就使其形成了這個平滑的酒瓶形狀。


日本黑潮洋流。(網路圖片)

8.日本黑潮洋流

海洋表面的水流是一種相互連接的拼湊體。本圖,就是向人們展示了海水如何拼湊成一體的複雜過程,這個過程也是氣候模型的重要特徵之一。研究人員對日本黑潮洋流的衛星數據進行了分析,得出這個結果。圖中紅色部分代表的是快速移動的海水,形成一個個連環圈狀的幾何結構。


激光下的氣泡。(網路圖片)

9.激光下的氣泡

當一束單獨的激光束,照射到顯微鏡載片上的一層液態薄膜之上時,就會在液態薄膜中產生這組25個泡泡。這幅照片曝光於激光束照射後的6微秒內。由於周圍液體的壓力,外層泡泡會慢慢被壓縮,而內部泡泡則因為有外層泡泡的保護,暫時還處於較大形狀,整幅圖片跨度僅為0.2微米。


岩脈形成。(網路圖片)

10.岩脈形成

本圖顯示的是:將調味醬注入到凝膠中,來進行某種地質學構造研究的實驗過程。這種地質學構造就是所謂的「岩脈」。岩脈通常形成於地殼之中,由入侵的岩漿所造成。在本圖中,調味醬的壓力不斷增大,直到它在凝膠中擠出一個裂縫。調味醬於是充滿裂縫,凝膠裂縫也在不斷擴展最終延伸到表面。 (唐寧)

責任編輯: 葉語桓 来源:新浪科技 --轉載請註明出處, 嚴禁建立鏡像網站。
本文短網址:


【誠徵榮譽會員】溪流能夠匯成大海,小善可以成就大愛。我們向全球華人誠意徵集萬名榮譽會員:每位榮譽會員每年只需支付一份訂閱費用($68美元/年),成為《看中國》網站的榮譽會員,就可以助力我們突破審查與封鎖,向至少10000位中國大陸同胞奉上獨立真實的關鍵資訊, 在危難時刻向他們發出預警,救他們於大瘟疫與其它社會危難之中。

分享到:

看完那這篇文章覺得

評論

暢所欲言,各抒己見,理性交流,拒絕謾罵。

留言分頁:
分頁:


Top