今天是正月十五元宵节先祝大家元宵节快乐~
不知道大家有没有吃汤圆/元宵呢
其实啊
这汤圆/元宵煮的好
流体力学少不了
小编就在煮汤圆的过程中
发现了一个有趣的现象
快来看看吧~
实验器材
所标杯、汤圆、乒乓球、电磁炉、铁盆、汤勺、打蛋器
实验过程
首先将汤圆放入锅盆中煮熟
以汤圆悬浮在水中不与盆底接触为准
这时用汤勺的一端在水中搅动可以看到汤圆会自动向旋涡中心运动最后聚集在一起
为了进一步研究我们做了下面两组对照实验用打蛋器在水中搅动分别观察悬浮在水下的汤圆和漂浮在水面的乒乓球会有什么不同的现象
首先是汤圆和之前一样汤圆会向旋涡中心运动即使被打蛋器弹开之后还是会向中心聚集
而乒乓球却与之相反会远离旋涡中心直到盆的边缘
即使用手将乒乓球推向中心乒乓球还是会被“弹开”到边缘
两者一起观察
原理解说
通常的直觉告诉我们，在水中做圆周运动的物体会因为缺乏向心力而做离心运动，进而被甩到容器边缘。但是实验中，盆子里的汤圆非但没有甩出去的迹象，反而神奇地做起了向心运动。著名的茶叶悖论（Tea leaf paradox）也讨论了一个类似的问题，搅动一杯泡好的茶，杯中的茶叶最终会停留在杯子的底部中央。这些有趣的现象需要用二次流来进行解释。
茶叶悖论[1]
二次流是指一种流动(主流)引起的另一种性质不同的流动。当我们搅动盆子里的水时，水会做圆周运动。对于盆底部的水，由于盆壁会对水产生摩擦，减慢水的流速。因此，盆壁处的流速小于盆中心处的流速。又由伯努利原理可知，盆壁处水的压强要大于中心处的压强。因此，盆底的水有从盆壁流向中心，再从盆底流向液面的趋势。对于液面的水，由于液面是常压面，在较大离心力的作用下，液面附近的水会从中心流向盆壁。于是盆中的水就形成了如下图所示的二次流。受二次流的影响，位于盆底的汤圆会受水流影响，向中心聚集。而位于表面的乒乓球则会因为水流的作用，向盆壁运动。也正如实验中所看到的现象一样。
二次流示意图[2]
二次流在生活中还有一个很有趣的例子是关于河流的。当河道出现弯曲时，水流在此处会形成二次流，仿照前面的分析。流动方向是：河底的水从凹岸流向凸岸，河面的水从凸岸流向凹岸。这就会使凹岸底部的石块被带到凸岸，从而使凹岸被“掏空”，凸岸变浅。河道也因此会弯曲的更厉害。
弯曲的河流[3]
分析完实验原理，小编突然想到，既然这二次流能把水底的物体聚集到一起，那以后吃火锅找不到毛肚的时候，用筷子搅一搅，再在锅中心捞一捞，就一定能找到了。嗯，学了物理，又让我“充实”了不少呢。
