達文西觀察到的日常自然現象終於得到了解釋

2020-12-06 WTT資訊

一個日常生活中常見的自然現象卻困擾了工程師幾個世紀:為什麼當水龍頭中流出的水碰到水槽底部後會先散開再流入下水口?這個現象最早是大名鼎鼎的達文西記錄下來,現在被稱為是水躍。而在當時,雖然水躍在普通日常生活中很常見,對生活沒什麼影響,但是在深水中卻會造成擾流和漩渦。

直到19世紀20年代,科學家還堅信水躍是由於水受到地球重力的影響而產生的,但是後來在《Journal of Fluid Mechanics》期刊上出版的一篇論文卻推翻了人們長久以來的認知。

劍橋大學St John's學院的化學工程博士後Rajesh Bhagat作為該文的第一作者,在文中表述了向上或側面的平面射出水流,當水流向下流動時都會發生水躍現象。但是造成的該現象的原因是什麼?他認為是受到了物體表面張力和粘度的影響。通過分析這兩個因素,他能準確預測不論向哪個方向射出的水流,所產生的水躍的大小。由此推翻了200年之久的重力學說造成水躍的理論,現在我們知道了水槽中產生的水躍被稱為圓形水躍。當時他的發現被稱為具有劃時代的意義。

Rajesh Bhagat的實驗和理論解釋了液體表面張力才是最關鍵的因素,之前的物理學家都忽視了該因素的影響,液體表面張力理論也是薄層流體力學的關鍵內容。他還預計自己的發現將對那些高耗水的產業產生巨大的影響。因為了解了水躍產生的原因就可以輕而易舉的製造或防止在液體中產生水躍現象。而防止水躍現象會減少工業生產中的水資源浪費,之後不少化學工程部門在實際生產中都利用到了他的理論,普通企業也利用該理論最大化利用水洗車或清洗工廠設備,這樣就可以達到節水的目的了。

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