當粘稠的液體(如蜂蜜)滴到表面時,它們會像自編織的籃子一樣盤繞。您只需將一些蜂蜜倒在烤麵包上,驚歎於由此產生的奇特圖案。如果這激起了您的胃口(對科學的胃口),那麼很容易進行更精細的實驗,並觀察液體盤繞的各種方式。收集以下裝置
1升粘稠的蜂蜜或糖漿
1個空的半升塑膠瓶,帶螺旋蓋
一把鑽頭,用於在瓶蓋上鑽孔
1個平底鍋
1個平底玻璃杯
少量蠟或油灰
此外,以下裝置將幫助您進行測量
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1個網路攝像頭或手機
一疊薄書,約20釐米高
1把尺子
1個廚房量杯
1塊手錶
用於繪製x–y圖的方格紙或計算機程式
允許逐幀前進的計算機電影軟體
作為一種流體,濃稠的糖溶液(如蜂蜜或玉米糖漿)效果很好。選擇您在超市能找到的最粘稠(最濃稠)的蜂蜜或糖漿(不要走極端,選擇幾乎是固體的、必須用勺子舀出來的蜂蜜)。作為測試,快速將罐子傾斜約 45 度;蜂蜜或糖漿應在 10 到 15 秒左右調整到罐子的新方向。
為了控制流體的流動,請使用帶螺旋蓋的塑膠瓶。切掉瓶子的底部,並在瓶蓋上鑽一個直徑約為 3 毫米(約八分之一英寸)的孔。使用繩子將這個裝置倒掛在晾碗架或其他支架上,使瓶子的切口端朝上。
為了形成流體將要盤繞的表面,將平底鍋滑到容器下方,並將玻璃杯倒置在平底鍋中,正好位於瓶蓋孔的正下方。
要開始實驗,請用一塊蠟或軟油灰堵住瓶蓋上的孔。將糖漿幾乎裝滿瓶子。當您準備好時,取下蠟或油灰,開始讓流體流動。如果糖漿沒有穩定地流動,請擴大瓶蓋上的孔。不斷向瓶子中新增糖漿以保持恆定的液位,這對於確保糖漿以穩定的速率流動非常重要。
一旦您對設定進行了一些練習,您就可以開始進行一些測量。使用網路攝像頭或手機拍攝倒置玻璃杯平底上發生的情況的電影,確保至少捕捉到盤繞繩索的 10 圈。對於不同的下落高度 H(從瓶蓋孔到玻璃杯的距離)重複該過程,可以透過在平底鍋下滑動書本進行調整。每次新增或移除一本書時,用尺子測量 H。
要測量流速,請用廚房量杯代替玻璃杯,並記錄將其填充到一定液位所需的時間。
要確定給定 H 值的盤繞頻率,請在計算機上逐幀前進電影,並計算盤繞繩索完成一定數量(五到十)圈所需的幀數。將經過的時間除以圈數,以獲得盤繞週期 T 的估計值。然後,頻率 f 只是 1/T。然後,您可以手動在方格紙上或使用計算機上的繪圖軟體繪製 f 作為 H 函式的圖。我們建議在十幾個不同的 H 值下進行測量,以便您可以觀察出現的模式。