搅拌冰冰快乐水的时候，物理人在想什么？| 正经玩

天气越来越热了

还有什么比一杯冰阔乐更令人快乐的呢！

小编在喝着加冰快乐水的时候

搅着里面的冰块，突然灵机一动...

实验器材

所标杯、烧杯、玻璃棒、冰块、热水

实验过程

首先，我们沿一个方向用玻璃棒搅拌热水

等待水的旋转稳定

然后，将冰块放入烧杯中间

可以看到冰块在水中旋转

随着冰块的融化

冰块体积越来越小

旋转的速度也越来越快

原理解说

我们可以用一个粗略的模型来描述旋转的水中浮着的冰块：

水是一种牛顿流体，其粘度与流体速度无关，水受到的剪应力与剪切速率成正比。我们假设杯中的液体都在围绕杯中轴做切向运动，则有：

其中τ为剪应力，v为水的切向速度，r为到杯中轴的半径。

在r处的水“柱面”，两侧的剪力平衡，故有：

所以我们得到了速度v与半径r的关系：

解这个微分方程，并假设杯壁处液体速度为0，我们可以得到：

现在我们对冰块速度做一个估计：假设冰块的角速度是“托着”冰块的水的角速度的平均值，有：

代入液体速度公式我们得到：

可以看到当冰块的半径变得很小时，这个角速度是发散的。

并且可以验证这个平均角速度随着半径的减小是恒递增的，与观察到的现象符合。

如果我们在水中滴入适量的油并搅拌，也能直观地看到液体径向速度的分布。当然在水中心的油滴受摩擦力的影响会抱作一团而不会急速地转动。

上期回顾

01.我的世界666的实验分享如下：

02.种花兔的实验分享如下：

03.辛苦你了上学人的实验分享如下：

04.小学三年级的Henry的实验分享如下：

05.我要杯子！的实验分享如下：

06.文wench的实验分享如下：

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14.拉灯的实验分享如下：

15.WXEZKIONUV的实验分享如下：

16.187J3X1的实验分享如下：

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送出由清华大学出版社出版的

《一只早飞前年的鸟》

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中国本土作者创作，讲述中国传统气象科技文化的故事与内涵，用科技信息爆炸图，重新解构中国古代气象观测与测量科技装置。

本书适用于中国传统文化的爱好者；地球及气象科学科技的爱好者；科技和信息爆炸图的设计爱好者。

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往期回顾

编辑：荔枝

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