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容器中漂浮着硅油层,液体中的空气气泡不是上升,而是下沉,两艘模型船漂浮在液体的上面和下面……
看到这幅奇景,牛顿和阿基米德的棺材会被压住吗?
9月2日晚在《自然》( nature )杂志上发表的论文称,巴黎文理研究大学的科学家们使用了简单的妙手,完成了这个非直观的把戏、垂直振动。 轻重倒置
漂浮在空中的液体并非绝对不可能,在表面积有限的细管中,可以享受毛细管力对抗重力的画面。
但是,对于进一步扩散的液体,按照常识,硅油的液体密度比空气高,通常不能浮游在空中。
实际上,如果将高密度流体放置在高密度流体层上,在流体力学上经常会发生被称为“瑞利-泰勒不稳定性”的现象,重流体在重力加速度的作用下呈钉状下沉,轻流体呈气泡状上升。 如果向两层流体施加其他方向的加速度,结果也会相同。
这种不稳定性在一点天体物理过程和工业行业(惯性约束融合、内燃机燃烧等)中都起着重要的作用。
迄今为止,提出了温度步长、电磁场、旋转运动、垂直振动等几种稳定“瑞利-泰勒不稳定性”的方法。
垂直振动法中,随着接触面积的增加,需要增大振动的幅度以保持稳定,但不能超过引起某种不稳定性的“法拉第不稳定性”的阈值。 该阈值受流体粘度的影响,粘度越大阈值越高。
异常”现象
为了提高法拉第不稳定性的门槛,法国研究小组选择了高粘度的硅油和甘油。 它们向有机玻璃容器中注入液体,接着使容器以一定的频率和振幅垂直振动,向容器底部注入空气,直到液体开始漂浮。
他们首先解释说,如果垂直振动的宽度足够大,任何体积的液体都可以从容器中悬空。 实验中使用的液体达到了半升、宽20厘米。 调节适当的振动参数后,液体下的空气层会被激发共振,起到类似弹簧的作用,但不会诱发法拉第的不稳定性,液体会成为弹簧上的负载。
这种做法对漂浮在空中的液体层数也没有限制,可以将空气、液体层层叠。 研究小组发现,除了“反重力”外,垂直振动还会引起其他一点“反浮力”现象。 用针管注入空气后,液体下部的气泡下沉而不是上升,同样的现象被用于鼓泡塔反应器内的气体储存和混合。 另外,两艘模型小船漂浮在半空中液体的上面和下面。 根据著名的阿基米德原理,浸在流体中的物体受到垂直向上的浮力,其大小等于物体排出的流体的重力。
《自然》同期发表的评论文案显示,这篇论文有助于未来液体边界行为的进一步研究。 这不仅仅是海上的奇景,对于输送被困在气体和流体中的材料,也许有实用的意义。 (本文来自澎湃信息,越来越多的原始信息请下载“澎湃信息”app )信息推荐
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标题:“反重力+反浮力实验!法国科学家使液体悬空 小船漂在下表面”
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