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达文西也搞不懂…「水跃现象」原理争论500年

2020-05-29

达文西也搞不懂…「水跃现象」原理争论500年

文/办公室废柴

15世纪的天才达文西,当他想要独自静一静时,走到户外的一处溪流,看到下游的漩涡总是会令他沉思。而这个让天才大师不解的现象,其实就是所谓的「水跃现象」(Hydraulic jump)。

其实这个现象在我们生活周遭也见得到,当你打开水龙头,水流落在平滑的水槽中时,你会发现底部呈现一个圆心,而且在这个圆心範围内的水位都会特别低,直到圆心外围才会水位才会高起来。

达文西也搞不懂…「水跃现象」原理争论500年

不管是河堰、水坝、瀑布或者潮汐洞穴都有这种现象。500年前,达文西就将它记载到自己的笔记中,他只认为这是水元素的本质体现,并没有再多做研究来解释。

后来也有许多物理学家跟数学家研究此一现象,但是都没有找到真正的原因。直到1914年,物理学家约翰.斯特拉特在一篇关于钻孔与液体冲击波的论文中提出一种猜想。

他考虑到黏度、动能、位能等因素。表面张力无疑是重要的一环,但在约翰.斯特拉特的观点中认为流量的影响力比表面张力大得多。

然而,后世的科学家发现这个推论模型并不完整,多年来也对这一现象的过程争论不休。在一项新的研究中,化工研究员Rajesh Bhagat认为不该把表面张力排除在推论之外。

「我们可以证明,水在边缘处升高时,表面张力和黏性平衡了液膜中的动能,重力并没有起到太多作用。」Rajesh Bhagat与他的研究团队在论文中如此提到。

如果表面张力才是关键的话,往后善加利用这点,例如在水中添加表面活性剂,工业用水就可以大大减少,甚至可以从这个理论发展出新的洗车方式与工厂设备。

via sciencealert

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