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????戳上面的蓝字 虎落平阳被犬欺,那不幸落入洗衣液中尼莫光景如何呢?
常见的游鱼在水中通过摆动尾鳍获得向前的推进力,可当落入高粘度液体中,不论蛙泳还是狗刨都举步维艰。为了恢复尼莫的行动能力,我们请来了显微镜下的微生物,向他们学习新的游泳技巧。
鱼类游动时,Re数高达数千乃至上百万,反观微小生物,其活动时Re数仅有万分之一。我们在先前认识到,随着流动的Re数的增加,层流会转化成为湍流,这背后隐藏着一个深刻的物理含义,Re数表征着惯性力和粘性力之比(量级上的比,而非具体比值),可见Re数越大流体运动中惯性力的作用便越大,Re数越小,粘性力的作用则更加显著。
视频中,我们通过控制流体的粘性、速度来控制射流的Re数的大小,射流材料包括糖浆、甘油、甘油和水的混合物、水等。通过观察,我们可以对惯性力和粘性力在流动中的影响有个感官上的认识。
实验中的第一个模型,在水中运动自如,而在糖浆中,却因为低雷诺数运动的反演性无法向前推进;第二个模型,在粘性应力中获得推进力,当一段运动方向和螺旋轴线夹角合适,并且旋转方向正确时,就可以得到纵向的运动。
洗衣液粘性大,小丑鱼在其中游泳可视为低雷诺数的运动,此刻流体粘性力的作用更为显著。因此,通过摆动鱼尾获得惯性力的推进就不再合适了,像微生物一样,在低雷诺数的环境中利用粘性力作为推进力,才是明智之举。
//相关文章//本系列由北航研习流体力学多年的女博士执笔。立志于让女博士、飞行器设计都不再高冷,平易近人到童叟都喜爱。后续还会有好玩的科学实验,让你在朋友聚会里变身魔法师。追剧追星不过瘾,我们也来追追科学。
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