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柔软物质和液体

柔软物质和液体

倒置浮力使微小的船似乎蔑视重力

07 Sep 2020
颠倒船
Topsy-Tutvy:浮动船上浮动的船只浮动液体层。 (礼貌:Benjamin Apffel等人)

法国的物理学家使小物体朝向空气中悬浮层的粘性液体层的下侧漂浮着。虽然他们显然的重力违背示范不违反物理学,但他们说它可以在空气和液体之间的相互作用上流出新的光线。

archimedes.’原理说,在液体中完全或部分地浸入液体中的物体体现了浮力的向上力,其等于液体液体的重量。通过反对对象引起的重力力’自有的重量,浮力会导致一个物体漂浮,如果它比液体更少(整体) - 而更密集的物体会沉没。

这是我们日常世界中的一种非常熟悉的现象,其中水和其他液体自然存在于较小的重力潜力比较小的气体较小。船上的人们穿过空中,在他们下面的海上。最新的研究表明是什么,同样的原则将为颠倒的世界中的人们持有 - 其中一个,实际上,天空在海底谎言。

逆向效应

带来这种追逐浮动浮动的秘诀是振动。自20世纪50年代以来,科学家们通过高频率振动流体展示了一系列反向直观的效果。例如,可以使气泡沉入,而较重的粒子升高。在更大的尺度上,整个流体层可以在空气中浮动。这是因为在重力的作用下倾向于滴水的更多致密流体,最终使它们下方的空气置换。通过防止形成滴,振动保持流体’S下表面平坦,允许悬停。

在新实验中, 伊曼纽尔堡 PSL大学的同事在巴黎将有机玻璃容器固定在振动平台上,然后用硅油或甘油填充容器。这些粘性液体具有即使在高加速度下也保持稳定的表面。在转动振动筛时,研究人员使用具有长针的注射器来注射朝向液体的底部的空气。随着所得泡沫下沉和生长,它最终在容器底部产生了一层空气 - 使粘性液体浮动。

这种流畅的悬浮是没有什么新的,但是什么堡和同事然后做了什么是将物体放在液体和空气之间的下界面上。当他们在纸上解释 自然 此,这种浮力受到上层界面上的相同基本物理的管辖。物体’S的重力倾向于将其拉下来,同时其向下运动在液体中产生的扰动往往会拉起它。

均衡略微位移

然而,正常和倒浮之间存在一个重要的区别。在前者中,物体处于稳定的平衡,因为任何恢复力将满足任何将其移动到或下降的尝试。当按下时,它取代了更大量的液体,因此经历更浮力,而将其推出液体的任何力将由重力相反。但在颠倒的情况下,均衡的任何轻微位移都会看到物体加速–由于重力以下和上面的液体质量。

堡垒和同事发现,颠倒空气和液体所需的振动也实际上稳定了异国情调的浮力 - 至少用于对象直到一定的密度。它们在100 Hz上振动了容器,并显示了它们可以将一系列小塑料球体钉在下部液体空中接口,即使当它们戳戳时,球形也会保持在适当位置。为了使演示更加引人注目,他们重复了一条小塑料船的壮举,同时漂浮在上界面上的相同船(见图)。

研究人员发现,一旦将振动的幅度降低到液体层本身屈服于重力的点,重量的2.5厘米直径的塑料球在腔室的底部只倒在腔室的底部。相比之下,较重的球体首先下降。他们说,这种行为与他们开发的简单理论模型一致,以便解释倒浮。只有当球体’密度接近液体–意味着大约8克的质量 - 发生了显着的差异。在这种情况下,他们添加了,其他更复杂的效果发挥作用。

该团队基于其模型对时间平均力的概念,这倾向于稳定均衡状态。正如他们所指出的那样,这是依据所谓的斯蒂芬森-Kapitza摆表的相同基本理念。在这种情况下,振动允许从下方固定的摆锤以在小弧中来回振荡–否则它会落到地上。

写作评论 自然 , vladislav sorokin. 新西兰奥克兰大学 iliya blekhman. 俄罗斯圣彼得堡俄罗斯科学院争辩说,几个假设 - 如空气层的压力和高度之间的线性关系 - “有点限制了准确性” of the French group’S模型。但他们认为,这项工作可能导致实际应用 - 指出,液体中的重力缺陷效果先前已被用于改善化学反应和援助矿物加工 - 它表明其他“remarkable phenomena”仍然可以在振动机械系统中发现。

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