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为什么一杯水从楼上倒下会在空中分散开来?

发布时间:2019-10-11 04:49    信息来源:admin

  最关键的是:下落的水处于失重状态,失重状态下水在表面张力的作用下有变成一个圆形水球的趋势,这是理想的情况下,也是水分散的最基本的动力所在。

  我们知道,球面收到空气的阻力是不均匀的,而且阻力本身的大小也随着运行速度的加大而变大。呈现的是一种加速度不断减小的变加速运动,如果高度足够高,总有一个时刻重力等于阻力水球呈现匀速下落,例如空中的雨。

  通过观察草叶上的水珠的慢镜头,你就会发现刚下落时几乎是球状,然后变成洋梨形逐渐拉长,而下落高度足够高的话又会慢慢变成近似的球形。

  而楼主说得水的量相当大,刚泊出去仍然是球状的(不考虑泼的力量),然后分散的趋势就可想而知了。

  由于水在下落之出是一个球形,所以真正承受空气阻力的是水球表面的分子。但是由于重力是由每一个水分子均匀承受的。这就导致空气阻力必须通过水球本身的表面张力和分子键(使分子聚合在一起一种化学关系)的力来传递到整个水球。

  但是每一个分子键的强度是恒定的,单位面积的水的表面张力也是有限的。这就表示一个水球所能承受的最大的空气阻力是恒定的。一旦速度够快,空气阻力够大,水球就会分解。这样就形成了多个水球,每一个水球所承受的阻力就小了。然后小水球继续加速下落,所收空气阻力继续增大,某一时刻每个小水球可能又会达到收力极限,于是再次分解…… 周而复始,直到水球所受的空气阻力刚好等于其自身的重力,而空气阻力的大小有不足以破坏水球的表面张力和分子键。水球就以匀速下落。

  你可做一个试验,把一杯水从10楼倒下。(速度要快,以保证最开始有一个尽量大的水球)然后观察。在8-9楼时他会第一次分裂,然后在大约4-5楼时会出现第二次集体分裂,非常壮观。(具体为什么会集体分裂,也就是说为什么第一次分裂出来的水球都差不多大我就不太明白了。)

  楼上说得都很对,但是没有把为什么“分散”的关键原因说出来。造成水在空中分散的关键原因是,水在下落的过程中,水的各个部位所受到的空气阻力并不是都相等的,也不是均匀受力的。其最底部受到的阻力和其上部受到的阻力是不可能一样的。而且,空中的空气绝不会像理论计算那样均匀一致,里面充满了各种大的扰动小的扰动和不均匀的状况,也就是说,从严格意义上说,这一小块空气和那一小块空气是不可能绝对相等的。明白了这一些,就可以明白,水在空中下落过程中,水的各部位受到的阻力肯定是不一样的,这种阻力的差异积累到一定的程度,就会造成水的分散,所以水下落的距离越大,水就会越分散。