圓柱水杯裡沉在杯底的雜質顆粒,旋轉杯子杯中的水形成漩渦,為什麼雜質顆粒會聚集在漩渦中間,而不是杯壁?

時間 2021-06-02 06:46:44

1樓:周yang

今天攪拌感冒顆粒沖劑時偶爾想到這個問題。

這個原理我之前也一直沒想明白,今天一不小心明白了。其實那些說流速快壓力小啊什麼的都是蝦扯淡。直接進入正題吧!

首先,任何物體要維持圓周運動都需要乙個向心力,否則一旦失去向心力物體將做直線運動,水也不例外,這裡向心力由杯子壁提供向心力,因此旋轉的水面外圈比內圈要高一些,這也反應了水內部的壓力梯度,從這個圖可以判斷右側的水旋轉速度要比左圖的高一些。

根據液面高度關係可以判斷:A1點的壓強要大於B1點的壓強,A2點的壓強等於B2點的壓強;

在底部的水流速是不等速的越靠近底部速度越小,極端靠近容器壁的速度為0如圖

假設我們把杯中的水分成上層勻速層,和底層非勻速層,單獨考慮就容易明白了,很明顯,上層的勻速層液體速度大於下層,因此下層的液體所需的向心力就要比上層的小,於是就出現了如下情況

因為上下層之間壓力梯度差,導致底層的水有外圍向中心流動。於是出現了這一幕:

水中的物體被推向中間,到中間區域後,如果密度跟水很接近還有可能再被拉公升起來。

當杯中的水整體流速隨著時間推移緩慢減速時,底層非勻速層變厚,原本一半在上層,一半在下層的物體轉化為完全在下層,此時完全由底層液體向中心推動,因此反而更容易向中間移動。這也解釋了為什麼快速旋轉時底層物體不容易向中心聚集甚至會向外圍移動,而要靜置一段時間才容易向中間聚集。

因此,物體越小它就越早處於底層的非勻速層就越容易向中心移動,因此也處於最底部,稍大點的物體則晚些時候向中心移動,最後也就停在中心堆積物的表層。

此外,還可以另外做乙個實驗,即把這個杯子放在勻速旋轉的圓台的中心讓杯子和杯中的水一起勻速旋轉,實驗結果應該是液面還是外高內低,但底部的物體則向四周散開而不是向中心聚集。當停下旋轉後,底部的物體又會向中心聚集。不信你試試!

對了,還有乙個更簡單的實驗,還是杯子裡旋轉的水,當杯子不旋轉時底部的物體向中心聚集,然後把杯子放到水盆裡,讓其處於懸浮狀態,然後旋轉杯子讓其與杯中的水一起旋轉,然後觀察現象

(這裡就是用鐵杯子和水完美的代替了旋轉的圓台還不存在偏心旋轉的問題)

2樓:Thisplus

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