倒水為什麼有時會灑出來?
如圖,有時兩個杯子/碗,倒水或者湯,希望按照藍色路徑流,但是有的時候,液體會沿著紅色路徑,貼著杯子灑出來,這是為什麼?
邊緣效應,具體可參見:Application of Superhydrophobic Edge Effects in Solving the Liquid Outflow Phenomena
Langmuir, 2007,
23 (6), pp 3230–3235
附壁效應_百度百科
手指是曲面的,相當於文丘里效應_百度百科:
又想到電廠冷卻塔那個雙曲面形狀問題了。
謝邀 拋磚
這個問題不太好還原 大概涉及了固液表面浸潤過程與液體內部受力不均兩個過程 前者解釋為什麼沿著盆口流下 後者解釋為什麼可直接倒出水
固液表面浸潤過程本質就是固體或液體表面那層分子受力不均 對外部分子有吸引力 這也是液體產生表面張力與固體表面吸附的原因 不同的是液體可以通過改變形狀 固體就只能吸附了 具體到固液表面(其實還有氣體)就是一個液體替代固體表面氣體鋪展的過程 在邊界上就是浸潤角 計算的話大概用到楊氏方程 已知液體固體氣體特性參數(印象中這個數不好測)後 可根據自發過程得到浸潤角大小 為0的話就完全不浸潤了(說錯了 0是完全浸潤) 再具體到倒水過程就是水在盆表面浸潤 當然你會說這樣的話不用倒水盆表面也會浸潤 所以剩下的部分可能要用重力解釋 但浸潤過程如果是自發的 確實也不需要重力驅動 在這個問題里不好區分
後一個過程涉及水倒出來 其實有流體力學背景的來回答更合適 液體內部有層流湍流什麼的 貼壁水的受力與不貼壁不一樣 具體到這個問題就是都是受重力液體內部受力狀態也不一致 另外 如果考慮傾倒角度的變化速度 液體表面有沒有兩親物質或油 盆的材質…
總之 不好回答 可以考慮建個模型算一下 實驗上不太好設計 需要控制的因素有點多 最好把問題收縮一下 考慮幾個極端環境來簡化過程
基本贊同@毛小可 的分析,主要是由於水的粘性力造成的,但張力應該也起到了一部分作用。由於杯口並非沒有厚度,由於張力和粘性力的作用,在杯口就形成了一層水膜,當傾斜角度較小時,睡眠沿著杯口方向形成張力的薄膜,這層薄膜一直延伸到杯壁的外側,而水由於粘滯力的作用吸附到外側壁面上,後面的分析與@毛小可 相同。 由於油的粘性力比水大,所以更容易出現這種情況,此時若是容器的壁面更加薄應該是有幫助的。
另外關於自己從內壁流出來的設想,只要使用疏水材料就行了,但注意仍需要克服重力,所以至少需要將容器平行放置,或者藉助毛細效應,這方面研究在「超流體」領域(低溫液氦等)已經有了。
再補充一下許多人提到的壓力問題,個人認為大氣壓力不會起到很大作用,水和空氣都是流體,空氣的比重遠輕於水,若是沒有東西阻隔空氣會迅速進入水的上方達成壓力平衡。小時候大家做過的裝滿的水倒過來不會出來的實驗可是因為在杯口要墊上一樣固體才行的哦。倒得猛一點或者上邊的窗口邊緣銳利點可以避免向紅線方向流動。可見原因是表面張力能否把液體拉到紅線方向。表面張力是一定的,而轉向紅線所需要的加速度取決於液體流出的速度和紅線在容器邊緣處的曲率,流速或曲率比較大時,所需要的加速度就大,表面張力不足以拉動液體沿紅線流動;反之所需加速度較小,液體會沿紅線流動。
樓上@潘韜 對於過程的分析對的,但是我覺得並不是大氣壓力而是水的粘滯性造成的。在傾斜角度較小的時候,平行於容器壁方向與流動方向相反的「摩擦力」在豎直方向上的分量大於重力,所以就沿著器壁流走了。
我想的一個極端情況是,流體粘滯為零,即使不傾斜容器,流體也會自己沿內壁「流」出來。
有沿的藍色,沒有的紅色
應該是表明張力的原因,你拿塊玻璃平放下面可以有水而不掉,是因為表面張力大於重力,同理,倒水的時候表面張力會使水更貼近物體表面,當傾斜度小的時候水容易沿著杯壁流下
我認為主要是大氣壓的作用。
倒水時,水接觸空氣一側承受大氣壓力,而貼近容器一側沒有壓力,所以水被壓在容器壁上,沿著容器壁流淌下來。
而傾斜的厲害的時候,重力克服了粘滯力,使得水與容器沒有貼近,各個方向大氣壓等同,就不會沿著容器壁流淌了。
粘滯力使得表面形成了張力,表面張力促使水向水球的方向收縮,重力使得水球變扁,而大氣壓力使得水貼在容器壁上流淌。追究為啥流到外面去,還是要怪大氣壓力吧。
希望有條件的人可以用試驗證明這個猜想。
動量守恆啦~
先把倒下來的水看做一個整體,水從上面的碗到下面的碗會產生速度,有速度就有動量。
假設水在接觸碗的臨界點這個整體速度達到V1,方向為下偏左45度。
之後水碰到碗底,動量不會憑空消失,而是分成三部分,一部分向上反彈,一部分向右反彈,一部分。。。大概是被碗吸收了吧
不只是水,所有液體都會這樣,具體專業上面的我也說不上來,簡單的理解是:
你倒水,整個流程是下面這樣的:
1. 杯子斜到一定角度,水面會高出杯子邊緣的最底高,這是因為水有張力;
2. 繼續斜到一定的角度,水開始沿著杯壁流下去,這是因為水與杯壁之間還有一種作用力,讓水不離開杯子壁,就當作是吸引力吧;
3. 再繼續斜到一定的角度,因為水量增加,所以重量添加了,再是吸引力卻沒有變(水與杯子壁的接觸面沒增加),吸引力已經掛不住那麼多水了,所以水就直接往下掉了,然後它還不會直直地往下掉,因為水向前還有個力,讓它往前流,所以就是一個往杯口前面的方向直瀉下去了。
推薦閱讀:
※磁鐵為什麼加上一塊鐵片後磁性會增大?
※擰瓶裝水瓶蓋時,每擰一次的效果真的是累積的嗎?
※行業中有哪些字是誤讀並延續下來的,比如鉻(ge)大家都讀(落)光柵(zha)大家都是讀(shan)?
※二十一世紀頭十年理論物理學有什麼重大進展嗎?
※如果地球上的人口一直增長,陸地上要保持多大的植被覆蓋率,才能保證人一直都能呼吸到氧氣?