正文

擠出來的沐浴露為何打圈圈?(4)

再冷門的問題也有最熱鬧的答案 作者:科學松鼠會和它的朋友們


為什么柱子受力會發(fā)生壓縮,而一根桿子卻會“彎下了腰”呢?這是因為如果桿內部物質分布足夠均勻,使得內部力的分布足夠均衡,材料本身的形態(tài)也對稱,則只會發(fā)生壓縮,不會發(fā)生折彎。但自然界的物質,幾乎沒有完全均質的。

折彎也并不必然會發(fā)生,只有當材料的長度和直徑之比達到某一水平,或者材料內部物質分布的不均勻程度達到一個所需水平時,應力在中部集中,其受力分布的異常程度能克服材料邊界的限制,突破邊界的折彎才會發(fā)生。

如前所述,流體的液柱是由一個動態(tài)的平衡過程來保持其形態(tài)穩(wěn)定的。在物質不斷更換的過程里,總會有局部的異常形態(tài)出現(xiàn)。有時候是一個氣泡,有時候是一個密度較小的團塊,

有時候是別的什么。這種內在的異常,破壞了液體內部分子間的引力和液柱重力以及慣性之間的平衡。當這種不平衡的狀態(tài),嚴重到一定的程度時,就會導致折彎的發(fā)生。原本處于壓

縮狀態(tài)下的某部分物質,受到側方向的推擠,向阻力最小的方向釋放勢能,先加速后減速遠離中心軸,隨著離開中軸越來越遠,分子間的壓力漸漸轉變成分子間的拉力,這股力量同時也作用在即將落下的液體上。在重力和慣性協(xié)同作用下,液柱向反方向開始新一輪的彎折。最下層的液柱,在往復過程中,內部分子在“受壓—牽拉”兩種狀態(tài)之間來回轉換,形成振動。

表現(xiàn)為在原位的往復打圈。如果以時間為橫軸,振幅為縱軸的話,就會形成圖1-2所示的波動。

我們先看看這個過程發(fā)生在一個平面上時的情形:一股扁平的液柱流淌下來,在橫軸方向上,盡管有內部的不均衡存在,但是這種不均衡無法突破較寬的邊界限制,更多地表現(xiàn)為壓縮形變;而在縱軸方向上,內部不均衡易于突破較窄的邊界限制,表現(xiàn)為彎折,形成振動。

正像我們前面說到的,盡管上面實驗中橫軸具有較寬的邊界,但這個障礙也是相對的。一旦液體的黏度足夠大,下落的距離足夠高,即使是這樣的寬度,仍然會形成彎折,產生振動。

當我們將液柱的扁平形態(tài)變成最常見的圓柱形,所觀察到的過程將不限于一個平面內,變得有點復雜,但是本質保持不變。黏液下落過程中形成的液柱內部因為局部的不均衡受力,導致液柱向某一個方向彎折,形成最初的振動。此振動是在某一個平面內產生的,但在和這個平面垂直的方向看,則沒有振動發(fā)生,只發(fā)生了壓縮形變,就像在圖1-3左邊圖片中所看到的。在這個平面上,一旦有新的因素,誘發(fā)折彎,就會出現(xiàn)另外一個波動。


上一章目錄下一章

Copyright ? 讀書網(wǎng) www.dappsexplained.com 2005-2020, All Rights Reserved.
鄂ICP備15019699號 鄂公網(wǎng)安備 42010302001612號