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跳躍噴泉的原理是?

真相追追追

水柱要切的這麼整齊就必須先將水柱中的紊流消除而形成層流狀態,就像是美麗華中庭通道那個晶瑩剔透的水拱門(註:現已拆除)

層流狀態下的水流:

Laminar jet

2.如何DIY

Build a laminar flow nozzle for $15

3.加上電子控制開關

Laminar Nozzle NEW Cutter Test – Stepper Motor

傳統的層流示範實驗:

Laminar Flow

商業應用:

Detroit Airport McNamara Terminal

Musical Fountain at Burj Al Arab, Dubai

Burj Al Arab

DIY版本:

材料與器材:玉米糖漿(Corn Syrup)可在大賣場購得,或是網購→露天 175元、色素→紅黃藍3瓶共50元、大小不同半徑的圓柱形玻璃杯、滴管、長尾夾(能緊密貼在內筒並能施加壓力的尺寸)

先來認識一下流體力學中的層流(laminar flow),它是指所有的流體粒子朝著平行於管壁的方向彼此平行流動,流體彼此分層流動而互不混合,亦即沒有亂流(turbulent flow)發生。

laminar-flow1

這個“解混實驗”通常是使用特製的壓克力容器來示範,這位 YouTuber: Brusspup 只利用簡易的方式就能做出這個流體力學的經典實驗,真是厲害。至於看起來似乎已經均勻混合的色素,為何會在逆轉回來時逐漸回復原狀?其中的技巧在於「各色素必須滴在同一深度處,而且彼此相距的距離不能太近,另外還要轉慢一點」

laminar-flow2

基於玉米糖漿的高粘度與很慢的旋轉速度,這時液體流動是非常有序的在彼此之間滑動,也就是以平行的層流方式流動。靠近外圍器壁的流體速度幾乎為零,而越靠近中央轉筒的流速越大,這類似於河流的流速越靠近岸邊越小而河中央的流速最大。因此流體各層在相同時間內所移動的路徑長度就只取決於其與內筒的距離,轉了一段時間後,同一顏色的液滴中,越靠近內筒處的液體移動量越大,於是一顆圓形液滴就會被延展成彎曲的薄片狀。這類似於做綠豆凸的油皮時,須先以擀麵棍擀平後再捲的模式,如此每一層的薄餅皮之間就不會互相混合。

由於三種顏色液滴之間的無色糖漿在旋轉時也會被拉伸成薄片,於是這個薄片就會襯在不同顏色的薄片之間,雖然外觀看起來三種顏色似乎是彼此混合了,但實際上各液滴薄片之間還是有間隔的。一旦逆轉回來時,就會像是影片倒帶一樣,最後就會回到原先的液滴狀態。有興趣的朋友們不妨也來嘗試看看,在茶餘飯後的餘興節目中來一段科學趣味實驗,相信將會引來滿堂彩!

延伸閱讀

無葉風扇

評論13

  1. 文章
    作者
    鄭永銘

    流體力學要能教得深入淺出實在是個挑戰。提到這個就令人想起Halliday physics,第一版幾乎都是數學,讓非物理系的學生看了就一個頭兩個大。但是出到現在的第九版,每一個再版都會在習題中增加生活中的應用例子,這是我最佩服它的地方,之所以會這麼精彩就是因為作者延攬了一堆科普的專家來收集這些資料。So,您們老師選錯教科書了…

  2. 文章
    作者
    鄭永銘

    謝謝宋儒帥哥的分享,看到24Hz的效果時有被震撼到,直到25Hz出現的水管搖擺現象才知道緣由,所以影像拍攝的fps值正好是24(其實作者若能避免拍到25Hz&23Hz的水管,應該就更有懸疑性^^)

  3. 文章
    作者
  4. 文章
    作者
  5. 文章
    作者
    鄭永銘

    您說的”魔術”與「小實驗」是同義詞 ^^。話說我剛進CK時,有一天在走廊遇見教務主任,他說:「聽學生說你上課變魔術?」,我臉上頓時三條線只能苦笑回應。於是我就對各班的學藝股長說:「咱們教務主任是一位很認真的人,因為他會看教室日誌,爾後我變魔術時千萬要改寫成”老師做某某示範實驗”etc.」。後來又遇見教務主任時,他說:「現在聽更多班的學生說你實驗做的也很精采」,呵呵。我就請教主任:「上新單元時我就會藉此來引起學生的學習動機,不曉得他們是指哪一個實驗?」。他說:「學藝是紀錄”重力的平衡”」,聽了我當場笑了出來,因為那是在玩紙鈔漂浮時我的解釋:【重力不會消失,而現在又是平衡狀態,根據力的平衡就必須有一個向上的力跟它抵銷。不過這個力你們看不到,因為它稱作”魔力”】XDD
    http://vlog.xuite.net/play/TkQzeGFkLTE2NzIyOTQuZmx2

  6. 孫德超

    老師 我有在公共電視 上看到你歐! 你確實有在上課的時候變魔術……但這也是物理實驗

  7. 文章
    作者
    鄭永銘

    「但這也是物理實驗」這句說得中肯,做那些「小實驗」的主要目的是要提高同學們學習動機的手段,我是用心良苦啊^^。在物理的教學現場,如何誘導學生們的學習興趣是一項挑戰,每一位教師的”撇步”也都各不相同,我嘗試過多種方式,其中以「小實驗」效果最好。至於我在公共電視上露臉,那已是N年以前的往事了,公視之所以會一再拿出來重播,證明我是有魅力的…(大誤)
    P.S.【遊樂園的科學】確實是國內的首創,應該拿一座金鐘獎回來才對XDD

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