无需月光宝盒,洗洁精也能「回到过去」_风闻
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2019-10-05 13:40
生活中
总有那么几个瞬间
让人无比地想回到过去

哪怕只有几分钟
就比如刚刚错过末班车的我

然而
科学的力量是强大的
学会今天的实验
你就能掌握回到过去的本领
(洗洁精限定)
实验器材
所标杯、烧杯、纸板、双面胶、滴管、六角螺栓、L型六角扳手、洗洁精、食用色素、剪刀、离心管

实验过程
首先在大烧杯内倒入洗洁精待用
(妈见打)
为了提高实验观赏性
最好静置一段时间
等气泡逸出
再用剪刀剪出一个
与烧杯口大小相似的圆形纸板

在纸板的中心和偏心的地方
分别打两个孔

在离心管的盖子上也打一个孔

用螺栓将纸板
和离心管连接起来

下面在纸板四周粘上双面胶

将整体放进烧杯内

在另一个小烧杯内
倒入少量洗洁精
再加入几滴食用色素

充分混合后
用滴管吸取少量混合物

从纸板偏心的孔内
将吸取的混有色素的洗洁精
滴入烧杯内

之后用六角扳手转动离心管
注意速度不能太快
混有色素的洗洁精
随着离心管的转动而铺展为带状

这时候我们反向转动扳手
发现色素竟然
恢复了原来的水滴状

(你这不会是倒放吧)
为了证明这不是倒放
直接上视频!
原理解说
实验装置如下图,烧杯里所放的洗洁精是一种很粘稠的流体。加入色素是为了更清楚地观察洗洁精的流动情况。

实验装置图
当离心管朝着某个方向转动一定角度再反方向转动相同角度后,色素先是从一开始的块状被拉扯成带状,之后又从带状回到块状的初始状态,这个过程就好像发生了“时光倒流”。这种现象的发生,来源于洗洁精的层流运动。层流是指流体质点具有规则的光滑曲线的运动轨迹的流动。

层流
可以用一种非常直观的方法去理解实验中现象,即将流体看成是一摞扑克牌,当我们推动最上层的扑克时,扑克牌的每一层都会跟着滑动,而且每一层的运动速度以及最终所到的位置不同,就像洗洁精中的色素被拉扯开。当我们沿着原来的路线回拉最上层的扑克时,下面的扑克会随着一起回溯,回到一开始的状态。这与色素的运动行为是十分相似的。

扑克牌开扇
实验表明,流体的流动有两种流态,层流和湍流。它们的发生与雷诺数息息相关,雷诺数反映了惯性力与粘性力的比值,雷诺数越小,粘性力越大,惯性力在计算时可以忽略,流动更趋向于稳定。下面的一张图中,给出了不同雷诺数时,圆柱绕流的流体流动情况,可以清楚的看出雷诺数变大时,流动从层流变为湍流。

我们可以用流体力学中圆形套管间的粘性流动来对实验装置做一些计算,根据流体力学的理论[1],可以计算出两套管间的流体速度分布为:

从计算结果能够看出,距离离心管越远,流动的速度越慢,所以,为了获得更加明显的实验效果,可以将色素尽量滴在靠离心管的位置。
看着这个实验装置小编心想,要是这个装置能够把小编也带回过去该多好,小编一定会告诉小时候的自己。千万不要被一个叫“正经玩”的专栏文章中的杯子所吸引,它只是一个颜值担当,从不用来做实验。
[1]流体力学(第二版)上、下册 周光炯 严宗毅 许世雄 章克本
[2]层流图片:www.ctoutiao.com
[3]扑克开扇 :www.bilibili.com