2013年2月4日

科學玩具-力學-漩渦產生器


到科工館總喜歡走走停停,到處拍照。原因無他,只因為有些現象雖然隨時在發生,但卻不一定發生在自己身邊,或者是想要介紹時,因為天時、地利與人為的影響,而使發生時的狀況無法明顯到足以被觀察,或甚至還有不發生的悲慘狀況。所以我的行人記錄器(相當於行車記錄器)-相機總是不離手。

帶著自己的小朋友去逛有個好處,可以從他們的動向去觀察他們有興趣的事物。因為太習慣以被制約的理則來解釋這個世界萬物的運轉,所以我喜歡試著從小學生的眼中看這個世界,他們的概念雖然質樸,而且大部分是從直觀的觀點出發,但是也許可以從對話中發掘一些有趣的事兒。

隨著他們的步伐走,帶著我看吸引他們的東西是什麼。偶爾,我也會路過我原本沒有發現的東西,從新審視之後,也會有不同的新發現。例如最容易讓人產生誤會的馬桶或洗臉盆中的水流方向,究竟是順時鐘還是逆時鐘,跟南北兩半球根本無關,少量的流體跟柯氏效應也沒有多大關係,基本上利用以下這個漩渦產生器來解釋就可以了。
強大的水流受風的影響或與另一股水流會合時,就會快速向中心流轉,形成漩渦
漩渦會將漂浮的物體吸入旋轉的核心,此一現象令人恐懼

擾動可能發生在流體內任何地方,甚至是來自於流體外任何程度與任何方向的淨力,所以只要讓水不平靜,小小動作都能造成旋轉方向的不同。
這組裝置的起始現象發生在表面,因為注水管是連接在圓筒容器上方
就是這個強力的水流決定了筒內漩渦生成及旋轉的方向

起初的擾動只能驅使表面的水分子在圓筒形容器中運轉,被驅動但沒地方去的水分子只好沿著容器內壁流動。隨著水流愈來越快,擾動也越來越大,但是由於流體分子間吸引力以及與器壁間摩擦力的交互影響,使得流體內各個部分的水流速率開始產生變化及差異。中間的水流比較快,外圍的水流比較慢,所以會形成內低外高的漩渦現象。
流速增加時,漩渦也會逐漸向下延伸,漏斗型的形狀便開始出現

當流速差異越來越大,內外的高低差異也越來越明顯,所以漩渦會越來越深,一直往下延伸。所以陷入漩渦之中,該怎麼說呢?只要沒辦法以比水流更快的速率脫離,那就只好等著滅頂了。
中央部份的壓力最小,所以一切物體都被高壓推著向低壓的方向移動
被捲入其中的物體都會集中在中央低壓區隨著流體做圓周運動

以前參加研習時,教師常常會用攪拌棒攪拌即溶咖啡,這個再也自然不過的加速溶解動作即產生了最簡單的漩渦,卻也容易讓人忽略這個平凡的過程,因為迫不及待地想把熱呼呼的即溶咖啡送入口中,但小心別被便宜的咖啡燙到啊!

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