神奇的渦環現象，海豚吐泡、原子彈的蘑菇和吐煙圈居然是一個原理
2012年，人們在《自然奇觀》這檔節目中，建造了一個大型的空中渦旋「加農炮」，並在節目中不斷的挑戰空中渦旋加農炮的威力，他們驚奇的發現，空中渦旋加農炮不僅能夠遊刃有餘的突破20M以外的紙箱，就連60M以外的紙箱也能不費吹灰之力的擊倒，人類為了真切的感受自製空氣炮的威力，決定親自上陣體驗，隨後他們也真實的感受到了面對疾風的滋味。
善於觀察的小夥伴們可能已經發現，當空中渦旋加農炮發射時，空氣中總會若隱若現的出現一個煙霧環，實際上，自製空氣炮的威力之所以如此強大，都是拜流體力學中的渦流所賜，那麼，什麼是渦環呢，渦環也稱渦旋，是指流體沿某一個方向環繞在直線亦或是曲線軸的區域內，由被擾動的流體，例如液體、氣體和等離子體構成，值得一提的是，當渦環的角向轉動速度越快，這意味著此時的渦環也將變得愈加穩定。
更神奇的是，渦環內部的氣流旋轉也極大的增強了渦環的運動持久性，如同旋轉的輪胎減少了汽車與地面之間的摩擦一般，渦環的渦流也減少了其核心區域與周遭環境內靜止流體之間的摩擦，使得渦環能夠在不減損質量和動能的情況下保持原有的形狀，從而促使它繼續進行較長距離的運動，如果將渦環的作用與流體射流相比，我們不難發現，渦環現象能夠相對較好的維持原狀，其運動的距離也顯得更遠，這也合理的解釋了，人們吐出的煙圈停止吹散後，仍然能夠在較長的一段時間裡繼續運轉，然而，神奇的渦環現象，令人們詫異的同時，也引起了物理學家們的重視。
17世紀以來，人類就已經對於渦環進行了不計其數的探索，1858年，德國物理學家赫爾曼馮亥姆霍茲發表了《表達渦環的流體動力學方程的積分》，並對渦環現象通過數學分析進行了周密的闡述，他利用表達式向人類展示了渦環的強度，人類也因此在一定程度上懂得了渦環的形成、運動和相互作用，人們也在這些基礎上對渦環現象展開了深入的研究。
如今，有關渦環的趣味實驗數不勝數，其中，最具代表性的渦環現象莫過於渦環相撞實驗，實驗中，你能夠清晰的看到，當2個相同的渦環之間產生了正面碰撞時，竟會迸發出更加不可思議的現象，此時的2個渦環將沿碰撞平面徑向擴展後，產生多個小塊，這意味著當渦環發生碰撞時，外圈將最先開始分解，並形成小結點，在這些結點位置上，都存在一個低壓力點，這說明結點上的低壓區域，對附近的物質產生了吸引，因此使得外圈將渦環分解為多個小塊，遺憾的是，這些小塊在分解時，為什麼僅僅旋轉了90度，以及每小塊的方向僅沿外測運轉等問題，科學家們始終沒有做出合理的解釋。
你知道嗎，實際上，渦環現象的神秘之處並不僅僅源於渦環本身，人們認為渦環現象的神奇更多的在於，它的神秘面紗在自然界中隨處可見，也令人們感到十分驚奇。
例如，海豚式吐泡泡，它們吹出的氣泡渦環十分完美，這也是它們的拿手好戲，白鯨們也是如此。
再比如說，借風飛翔的蒲公英，不少人都知道，蒲公英能夠在空氣中進行很長一段時間的超遠飛行，蒲公英們的這一現象也成為了物理學家們的探索對象，2018年10月，人們才真正懂得蒲公英種子的飛行機制，這是因為英國愛丁堡大學的中山真美和其專業團隊構建了一個垂直風洞機，並對自由飛行的公英種子和固定的蒲公英種子的繞流進行了可視化處理，在長曝光攝影和高速成像的技術支持下，他們發現「分離渦流環」是造成蒲公英種子獨特的飛行機制的主導因素。
值得一提的是，渦環現象不僅存在於自然界中，航空、軍事等方面，也依然充斥著渦環的身影，例如，飛機高速行駛時，它產生的下降氣流便會引發渦環現象，譬如莫得感情的空氣炮以及氫彈、原子彈爆炸後形成的巨大蘑菇雲，實際上，就是一個不斷上升的巨大渦環，這是因為，爆炸過程中，釋出的大量的高溫高壓氣體開始迅速膨脹，從而形成了衝擊波，由於突然產生的低密度大體積氣體，演變為了我們十分熟悉的蘑菇雲。
這一現象也直接的引發了瑞利泰勒不穩定性一般情況下，當密度較小的流體在密度較大的流體底部區域時，在重力加速度的作用下，即可引發瑞利泰勒不穩定性，由於大量的氣體急劇上升，導致這些氣體沿邊緣擴散形成巨大的渦環，不得不說，渦環現象展現了流體力學的魅力，感謝觀看本期視頻，我們下期再見。