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如何成为一名合格的“引流之主”? | 正经玩

Shiny&Tom 中科院物理所 2020-09-09

夏天最让人惬意的老三样

当属空调、WIFI、西瓜

其中吹空调最讲究的是

把凉风引导到正确的位置

小编为此开展了实验

踏上了成为“引流之主”的旅程



实验器材


所标杯、勺子、流水

实验过程




准备好一个勺子

塑料轻质的效果会更明显

打开水龙头

手轻捏勺柄尖端使其自然下垂

然后让另一端

慢慢贴近自来水水柱


 

可以看到勺子似乎

被流水“吸住”了

离开水柱后又恢复了

自然下垂的状态


 

最后提醒

水资源珍贵

实验虽好玩

但请勿浪费


原理解说





对于实验中的现象,通常的解释[4]是:因为水流具有康达效应(Coandă Effect),所以在与勺子的凸面发生作用时,水流会沿着弯曲的表面流动。这样一来,水的流动方向就发生了改变。从结果上看,就是水流受到了勺子施加的一个水平方向的“吸引力”,获得了水平方向的动量。所以,根据牛顿第三定律,水流也会对勺子产生“吸引力”,将勺子吸住。

 

左图水流较小,右图水流较大


但是,我们仔细观察就可以发现,如上图,当水流较小时,水流基本上都能贴着勺子流动。但如果加大水流的速度,水流在勺子下缘会变成类似水膜的状态。这一点并不能很好的被康达效应解释。


小编查阅了相关资料之后发现,有人认为这个实验用康达效应解释是一种误用[2]。书中给出了另一种说法[1],它的观点是:由于水的表面张力水与勺子之间存在着分子间的吸引力,所以水流的方向因此发生了改变。又因为表面张力与水流的流速无关,所以,当水流流速变大时,表面张力不足以“吸住”所有流过的水流,因此,水流会受重力作用,脱离勺子的表面,形成这种水膜。

 

水流变小[3]


对于这个观点,小编还是有点困惑的,从上图可以‍看出,如果水流变小的话,勺子会脱离水流,如果是表面张力的作用,此时勺子应该还是会被水流吸住。这里用康达效应反而能解释的很好,即水流的动量改变量变小了“吸引力”就变小了(不得不说,流体力学还是很复杂的)

 

如果我们把这个实验转个90度,就可以将勺子看成是飞机的机翼,水流就是机翼旁流动的空气,水流的“吸引力”就变成了机翼上的升力。利用这一点,飞机在设计时,会让机翼具有一定的攻角,从而增大升力。(这里也看出,飞机的升力并不是简单地用伯努利原理进行解释的)

 


值得注意的是,机翼的攻角不能过大,因为攻角过大时,升力反而会下降。飞机失速就是飞行时迎角过大引起的,此时飞机有可能会发生尾旋。如果不及时改出,是非常危险的。

 

失速与改出


分析完实验原理,小编准备去空调旁边吹吹凉风,但是,一位体态呈x2+y2+z2=c的同学抢先一步站在了出风口旁,一边享受着凉风,一边得瑟地看着晚来一步的小编。回想起实验的原理,小编不慌不忙站到了他身后的不远处。他从一开始的嘲笑,到惊讶,再到五体投地,非常好玩。风吹动了小编满头的头发,是凉风!但是就是有点……味儿~

 


 参考资料

[1] Understanding Aerodynamics Arguing from the Real Physics

[2] 康达效应

[3] 水流变小

[4] 解释


上期回顾
NO.213 高考出分了,当年的小编是如何完美避开正确答案的 | 正经玩
01.sophierr的实验分享如下:


02.儿懂成的实验分享如下:


03.范申威的实验分享如下:


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