煙圈

2021-02-13 南流坊


一間空蕩的房間 一張舊照片

我安靜的在窗前 點燃根思念

我試著從其間過濾出甘甜

而吐出的灰色煙圈 凝聚不出從前

煙圈的運動是一種比較有趣的運動形式,一直吸引著物理學家、數學家和工程師們的興趣。在現實生活中,人們有時會觀察到煙圈的運動。例如燃放爆竹時產生的煙圈、吸菸的人吐出的煙圈等。煙圈運動是渦環運動的一種具體化,它具有在較小尺度內聚集較高能量的特點。對於煙圈運動,人們有這樣的一種經驗性認識:煙圈可以在空中運動較長時間而保持其形態不變,經久不散。


煙圈的形成

煙圈形成的的本質,是一個環狀的空氣渦流將煙霧粒子(香菸的固體顆粒或者乾冰等形成的小水珠))限制在一個環狀區域內造成的。當煙霧粒子隨著空氣快速通過一個圓孔時,由於圓孔出口周邊的空氣是靜止的,因此從圓孔中流出的空氣-顆粒混合物會牽引靜止的周邊空氣,由此形成了一個從孔洞邊緣向外再轉向內旋轉的一個渦流。這也可以理解為伯努利原理——流動的流體壓強降低,周邊壓強高的靜止空氣補充到壓強低的區域,由此形成渦流。這個渦流分布在圓孔周邊,成為環狀,並向前運動。這個環狀的渦流使得在其內的煙霧粒子不能等速的擴散到周邊空氣中,即被渦流束縛住了,由此就形成了我們看到的煙圈。

有趣的實踐

在2011年,丹麥BIG建築設計工作室給首都哥本哈根設計一個垃圾焚燒發電廠,這個發電廠號稱自己不僅是世界上最乾淨的發電廠,同時,它還是一個滑雪場。而這個發電廠最特別的地方就是它有一個神奇的可以吐煙圈的煙囪。而且,BIG特別提到,這個逗比煙囪有著深刻的寓意:每放出一個煙圈,就意味著向外排放約1噸的二氧化碳。所以以後的哥本哈根碳排放就由你們來親自見證啦(意思是你們可以數數每天冒多少個煙圈)。



在設計之初,為了實現這一神奇的想法,建築設計師們特地找來丹麥航空實驗室的Peter Madsen(研究造火箭的),夥同丹麥技術大學一起,來研究當初這個逗比的決定。

通過反覆的研究實驗,他們的想法終獲成功,等到2017年電廠完成,你再去哥本哈根的時候,說不定就可以如願地和逗比煙囪玩自拍了。


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