水中的小纸片能模拟《三体》中的曲率驱动? | 正经玩
1. 先睹为快
这次的实验效果如下,具体步骤在下面。
正经玩每周六上午会推送一个好玩的科学实验,可以由家长大朋友带着小朋友在家里动手操作。希望正经玩陪您度过每一个温馨的亲子周末,让小朋友的童年充满知识、爱和陪伴。
——正经玩
画纸,铅笔,直尺,剪刀,烧杯,滴管,瓷盆(图中忘了加了“雕牌洗洁精”···)
用直尺和铅笔在画纸上画出第一个动图中的纸片形状,
注意沟槽以及纸片尖角最好对称。
用剪刀沿上图画好的铅笔线剪成所需纸片的形状。
往烧杯中添加少量洗洁精。
往烧杯中添加小半杯水后用滴管搅拌洗洁精和水的混合液
在水龙头处往瓷盆里加入合适的水,就可以开始试验了。
我们知道,
著名的雷纳德-琼斯势是用来表征分之间作用力的一个非常好的模型
分子之间的距离大于平衡距离表现为引力,
分子之间的距离小于平衡距离表现为排斥力,
对于水来说,
内部水分子因为球对称,
水分子之间合力为零且为平衡距离。
但是界面处水分子对称破缺没有上层水分子斥力约束,
相比内部水分子更容易挥发而使表层水分子稀疏,
致使表层水分子之间表现为引力而呈现表面张力现象,
并且因为氢键的作用,
表面张力相比一般液体更强。
洗洁精等洗涤液体含有表面活性剂,
它由亲水基(极性基团)和 憎水基(非极性基团)组成,
当表面活性剂滴入水里时,
亲水基立马往里水结合,
憎水基往外。
从水的表面来看,
活性剂亲水基和内层水结合,
憎水基排斥表层水分子,
让表层水分子靠拢而引力作用力减小(表面张力减小)。
对于纸片来说,
表面活性剂沿着沟槽迅速向后排斥表层水分子,
根据牛三定律,
表层水分子对纸片有相反的作用力,
所以我们看到纸片向前冲。
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以上是经典微观解释,
但是我脑海灵光一闪,
我记得《三体》中描绘了曲率驱动璀璨的前景。
曲率驱动是说改变飞船后面空间曲率,
使空间烫平,
那么飞船就被曲率更大的空间拉过去。
我们假想水的表面看成宇宙,
水的表面张力看成空间曲率,
实验中纸片前面水的表面张力不变(空间曲率不变),
纸片后面加入表面活性剂后,
纸片表面张力变小(空间被烫平),
小纸船被前面表层水拉着往前冲(曲率驱动)。
-----------------我割-----------------
所以要想看到更好地效果,
首先纸片放入后要快速滴入洗洁精液,
千万不要等到纸片被浸润,
那就没什么效果了。
还有,纸片沟槽与尖角要尽量对称,
不然纸片反冲力会分散而且可能转向。
01-玉霖实验的分享如下:
02-陈孝镟的分享如下:
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