不可思議！物理學家進行反重力+反浮力實驗，讓液體懸空、小船倒立漂浮

2020-09-04 前瞻網

如果不是親眼所見，你或許很難相信這一事實：一艘小船居然能在懸空的液體下方倒立漂浮。這完全挑戰了阿基米德原理。

本周，來自法國巴黎高等科學學院(ESPCI Paris)的科學家發表在《自然》(Nature)雜誌上的一項研究中描述了這個有趣的實驗。

通常，密度較大的液體會下沉到容器底部。這就是油浮在水面上的原因。即使你先把一層油倒進一個容器裡，然後小心地在上面加水，密度較大的水也會逐漸下沉到底部。但是在特定情況下，垂直振動液體可以使之浮於某低密層(如空氣層)之上。法國巴黎高等科學學院的科學家們表明，這種垂直振動還可以使浮力在懸浮液體的下層發生反轉——仿佛重力倒轉。

領導這項研究的伊曼紐爾·福特(Emmanuel Fort)教授萌生這個想法始於他聽到一個關於卡皮察(Kapitza)鐘擺的演講。這個鐘擺是以俄羅斯物理學家Pyotr Kapitsa的名字命名的，他在1951年描述了如果鐘擺以正確的頻率上下振動，它將會無限期地保持直立狀態。

福特教授突然靈機一動:「或許我們可以讓液體懸空。」

但如果液體層是水行不通，因為水很容易泛起漣漪，變得不穩定。不過如果是比更稠的甘油和矽油或許可以，因為較高的粘度可以抑制波紋。

在實驗中，他們向容器內注入液體(如矽油或甘油)，接著垂直振動容器，將空氣注入容器底部，直到液體開始懸浮。像模型船這樣的物體，便可在懸浮液體的下表面反向漂浮。

這種振動大約每秒100次，導致注入液體的氣泡向下推，在懸浮的液體下面形成一個氣墊。振動還產生了穩定的壓縮節奏，使懸浮的液體保持完整。當液滴開始形成時，空氣向上的力量將液滴推回到水層中，使其保持完整。

另外，由於液體的重量，懸浮層下面的空氣密度更大，而更大的空氣將船向上推入液體中，抵消了向下的重力。

研究團隊解釋說，垂直振動引發了這種明顯的反重力效應。不僅如此，他們還發現液體下部的空氣氣泡會下沉而不是上升，這是一種在之前實驗中觀察到的相關的反重力效應。

這項「反轉浮力」的實驗觀察，挑戰了人們對於液體-空氣界面的直覺理解，或有助於未來進一步研究液體邊界行為。

《自然》同期發表同行專家觀點文章指出，研究人員的觀察結果違反了阿基米德原理，即浸在液體中的物體受到豎直向上的浮力，其大小等於物體所排開液體的重力。他們認為，這種浮力會映射在懸浮液體層的下界面，並使用同時浮在懸浮液體層上層和下層的兩隻塑料小船證明了這一點。

【編譯/前瞻經濟學人APP資訊組】

參考資料：https://www.nytimes.com/2020/09/03/science/floating-upside-down-liquid.html

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