科学网 › 标签 › 断续

标签: 断续

相关帖子	版块	作者	回复/查看	最后发表

没有相关内容

相关日志

水流：无色vs.白色，连续vs.断续【图文并茂的科普/悟理文】: 热度 17 boxcar 2013-6-16 10:13; 孙静宇博友的孩子问了他一个有趣的物理问题【 1 】：为什么水龙头开小时水是透明的，开大时是白色的。这个问题被他带上了科学网，要请教“科学网物理学家”。俺常年在科学网上混，虽不是物理学家，而仅仅是“学了物理没有搞物理，总是不知不觉用物理”，但也敢贸然接招，来聊聊这个有趣的现象和话题。【必须事先声明，越是生活中的常见现象，想把它完全解释透彻就越麻烦，甚至仅用一个学科的知识去解释都是远远不够的；越是年龄小、经验少、资历浅的人提出的问题，向其解释清楚就越困难，因为，你不能用复杂的概念更不许用公式。。。。。。】废话少说，赶紧给答案：先说水龙头开小时流出的低速水流。低速从水龙头流出，连续、完整的水流里面几乎没有气泡或杂质，这时候的水流更像是一根玻璃棒，是无色透明的。此时由于表面张力的作用，能够维持一个完整而平滑的气 - 水界面。再说水龙头开大后的高速水流水龙头开大以后，从水龙头喷出的是较高速的水流（速度的高低，和当地水压、管道情况以及水龙头的口径有关）。这时，在管道中和出口处流出的水流会由于不同位置的流速存在较大差异，其中靠近水流中心轴线处流速高，靠近管壁处由于管壁的粘滞阻力而流速偏低。管路中的流动可能就不再是平缓的层流，而有可能出现湍流现象，此时可以出现局部的径向速度。水流出水龙头时，由于存在局部径向速度可能导致气 - 水界面出现起伏波动，加上水与水龙头之间的作用力的影响，所以此时的水流表面不再是平滑的，而出现很多凸凹不平的变化。此时即使水流内部没有气泡和杂质，水流的表面也变成了压花玻璃的样子，透光性变差了。如果流速再高些，水的横向速度大到足以摆脱表面张力束缚脱离出去的程度，则会在水流的边缘甚至内部都出现很多水滴，这些水滴与空气混杂在一起，出现了大量的气 - 液界面，光在这些界面处发生强烈的散射、反射和折射，方向发生改变，人就再无法透过水流看到对面的景物了，于是水流变得不再透明。因为此时的光照环境通常是各个方向比较均匀白光（自然光），此时虽然有散射、反射和折射，但光色（光谱）却并没有明显的变化，因为光照的均匀性（角度随机）足以让色散效应被平均掉。除非有方向确定的强光照射，否则我们看不到彩虹。水龙头流出的水流，最初阶段是连续的，但继续流下去就会变得断断续续。这是因为，在重力的作用下，下落的水会不断被加速，这样后面刚刚流出的水与前面流出较长时间的水的竖直方向的速度就会存在越来越大的差异，在这种速度差很小时，水流会靠着表面张力的约束，通过自动改变水柱的截面大小来适应速度差，当速度差很大时，表面张力也 HOLD 不住了，前端就会断裂，出现一个个的球形水珠。行文至此，物理说得差不多了，又该讲讲“悟理”了！因为，我虽然绝对不是物理学家，顶多算是一个物理系的教书匠，但在科学网上还是敢自称“悟理学家”的【 2 】。刚来科学网开博不久，我曾写过一个“人才的‘流体力学’”系列博文【 3-6 】，再后来，受吴飞鹏老师博文照片的启发，还曾经写过一篇“人才如水滴”【 7 】。。。。。。如果就水龙头出来的水流这现象来段“悟理”，我们可以把目前的人才培养教育比作自来水的管道，把水流流出水龙头的过程，看做是大学生、研究生们毕业的过程。学生在现行的教育体制之下接受教育，相当于在管道或沟渠之中流动的水，已经设定好了明确的培养方式和线路，中途如果不发生“跑冒滴漏”，基本可以顺利地“随大流”抵达出口，顺利毕业。以前毕业生少，相当于水管里面的水少，或者水龙头开得小，流出的水少，所以我们可以“一眼看透”大学毕业生的人生之路。那时候的毕业生可以一路向前，流出很远之后，才会像水珠那样摆拖水流，变成能够表现出个体差异的“水珠”。现如今，大学扩招了十几年之后，技术进步了，管道变粗了，里面的水压也加大了，结果水龙头流出的水忽然多出了很多倍，变得乱象丛生，我们再也不能看一眼就清楚一个人的人生前途之路了，而且由于外界刚性的约束条件减弱（相当于表面张力变小），所以个体差异性的表现出现得越来越早，也越来越大了（毕业没几年）。在这种情况下，人想随大流都难。参考：【1】孙静宇：请教科学网物理学家一个问题 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=273829do=blogid=699802 【2】吕喆：从物理到悟理 http://blog.sciencenet.cn/blog-111635-398936.html 【3】吕喆：人才的流体力学（一） http://blog.sciencenet.cn/blog-111635-259715.html 【4】吕喆：论人才的流体特征 http://blog.sciencenet.cn/blog-111635-260003.html 【5】吕喆：人才流动的力学分析 http://blog.sciencenet.cn/blog-111635-261949.html 【6】吕喆：自由落体的悲哀 http://blog.sciencenet.cn/blog-111635-264576.html 【7】吕喆：人才如水滴 http://blog.sciencenet.cn/blog-111635-307565.html; 个人分类: 科普|13347 次阅读|31 个评论

更多...

帐号		自动登录	找回密码
密码			注册

关闭 安全验证

标签: 断续

相关帖子

相关日志

关闭安全验证