水簾為啥半空中出現波浪？揭秘網友發現的神奇現象 【萌萌戰隊】

我的BB機收到一位網友的信息 原來他發現有個微型瀑布 會不停地蛇行擺動 但此時既沒有颳風 水流也未遇到阻擋 那爲什麼中間突然開始震動 並且震幅越來越大 向兩邊撲灑呢 正在疑惑時 BB機突然呲哇怪叫 又有一位網友發來信息 他看到有人給玻璃瓶口 蒙了一層砂網 灌水後蓋上紙板倒扣過來 緩緩撤掉紙板發現 水竟然被砂網兜住 甚至從網眼向水裏插入牙籤 也不泄露 令人頗感疑惑 還沒等仔細思索 BB機再次怪叫起來 然後離奇爆炸 似乎暗示這兩段視頻 存在某種關聯 那麼我們就先分析怪異的微型瀑布 一般來說 水從峽縫平緩流出後 能在一定下落距離內保持層流 從而形成穩定清澈的水簾 但我們試想一下 假設層流水簾保持勻速下落 那麼在其中放一個擺動的導流片 只要輕輕振動不破壞層流 就可使水簾出現波動 仔細觀察下行的波 發現在任意時刻的波峯和波谷處 水簾的表面張力 正好具有最大的水平側向合力 這迫使水簾裏的水流 向回正方向偏轉 因此水簾勻速下落時 由於振動能量不斷損耗 波浪的振幅 就會在表面張力的約束下 不斷收斂 由此可見 要製造水簾波浪 首先要有振源 而讓波浪振幅增大 水流就必須有更多動能 來抵抗表面張力的束縛 據此再來看網友拍的視頻 雖然這是BB機拍攝的畫質 但還是能隱約看到出口處的水面 有輕微波動 原來是峽峯內的水流 走到出口邊緣時 會被壁面的粘性力束縛 而復辟下落 造成出口流速減慢 峽峯內水位升高 於是水力波增大 流速提高 水具有更大動能 擺脫粘性力束縛而分離 此時排水速度突然增大 又使水位降低 流速變慢 導致水流無力分離 而繼續復辟流動 因此峽峯的水位起伏 和出口的水流間歇分離 交替發生 使出口處的水簾週而復始 波動起來 變成了陣圓 由於此時水簾下落距離較短 速度較慢 使表徵水流貫性力 和表面張力之比的 無量綱數叫做微波數 其數值很小 說明水簾的貫性力 還無法和表面張力抗衡 於是在一定下落距離內 水簾的波動形態 主要受表面張力制約 使得陣幅變化並不明顯 但微波數與流速的平方成正比 與表面張力係數成反比 因此水簾在下落到一定高度時 微波數就會升高到臨界值 使得波浪形態 轉而以貫性力爲主導 於是水流發生轉向時 增強的貫性力 開始壓制表面張力 推動波浪的陣幅發散邁闊 那麼隨着水簾加速下落 微波數會很快增加到遠大於1 使表面張力的影響忽略不計 這樣水流就徹底掙脫了波形的約束 向兩側分裂拋灑 可見微波數越小 表面張力對水流運動的影響就越顯著 據此有人想到一個實驗 給瓶口蒙上砂網 灌上大半瓶水 然後用紙板堵住瓶口 將其倒置過來 等水面穩定後 緩緩抽離紙板 此時下沉的葉面 使收斂型瓶底騰出更多空間 導致上部空氣出現些許負壓 但並不足以吸起水的重量 觀察瓶口發現 原來是底部的水面 以砂網作爲支撐框架 從細小的網眼向下形變鼓出 正是這些微小的鼓出水面 依靠表面張力向上的合力 拖住了上方的水 此時輕輕晃動瓶子就會發現 水柱在微弱振動時 由於微波數十分微小 導致其慣性力無法與表面張力對抗 因而不能撐脫水膜向下泄漏 同理 隨便從某個網眼插入牙籤 死亡眼所支撐的微小形變水面 都能靠表面張力 繼續託舉上方水的重量 由此可見 表面張力只是在水流弱小時 以止氣時 一旦水流變得強大 它就會消失得無影無蹤