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这段视频展现的是一个很受招待的流体试验演示,跟着圆筒的转机,此中的颜色看起来先搀杂以后又离别,最后仿佛彻底回到了原点:
(视频录制者:oneXatXaXtime,拍照于宾夕法尼亚大学)
先来讲一下这个试验的做法,在一个圆柱描述器中套着一个直径小一些、能够绕轴转机的圆筒。两个圆筒之间填充的液体每每是玉米糖浆,这类东西有很大的粘度。注入到糖浆中央的彩色液滴要紧成份仍旧是黏稠的玉米糖浆,只不过用色素实行了染色。注入彩色部份以后,渐渐转机圆筒几圈使糖浆震动,接下来又反向转机,直到彩色部份看起来根底恢复原状。
不少地点都能看到宛如的视频,但许多时光页面上并没有附带说明,不过打上了一个“层流”的标签。须要表明的是,这并不是平常的层流,而是一种层流的非常景况,每每被称为斯托克斯流,或许爬动流。
倘若要详细地说明这个流程,每每须要引入纳维-斯托克斯方程并将其简化,说真话我没有自大能讲明白这东西……于是底下我试着简朴(或许也不是很简朴…)地引见一下这个表象,倘若想明白公式谋略能够看反面的链接。
视频中的这类表象只产生在雷诺数特别低的震动之中。雷诺数是如许一个物理量:它的巨细能够呈此刻震动中惯性和粘性哪类要素的影响占主宰身分。
倘若惯性占主宰身分(雷诺数大),那末流体就轻易变得不安稳(比拟一下在一杯水里滴加色素尔后搅拌的模样);而倘若粘性占主宰身分(雷诺数小),那末流体的震动就会趋于安稳。个别雷诺数在如下即是看起来比拟安稳的层流了。
而当雷诺数特别特别小(远小于1)的时光,震动中惯性的影响特别小,根底能够疏忽不计。简略地讲,能够把这看做一种稳到了极致的层流,惟独在这类景况卑鄙动险些是彻底可逆的。
(自然,这边面也有不行逆的要素:纵然不搅动,色素分子也会逐步向领域分散。不过这类分散和糖浆的震动比拟是很慢的,短时光根底看不出来。)
雷诺数和流体的粘度是反比相干,玉米糖浆的粘度相当大,是以雷诺数变得很小,得以浮现这类特别安稳的非常层流。不过这类表象并不好坏要这么高的粘度才具完成。雷诺数同时还取决于流速以及震动的标准,倘若标准充足小、流速充足慢,也能够知足斯托克斯流的前提(水也是能够的)。
这个页面能够看到公式谋略的引见:
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