为什么把手指从内切入水柱中 水柱会向内倾斜?



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6个答案
72 0

Fymanon物理学小本

2014-05-08 12:12

5.12 更新
首先感谢大家的关注和讨论。对于物理现象进行深入分析,而不是盲目地用现有理论解释,正是讨论问题的意义所在。所以欢迎大家继续讨论本次新增内容。
根据已有的讨论内容,我继续查阅了相关资料,仍然认为“引流”是表面张力(surface tension)的结果

#什么是康达效应#
由于百度百科和维基上都没有给出参考文献,所以不能保证词条科学性。以下是我通过自己的理解做出的一些评述。
百度百科(link)对康达效应(Coanda Effect)的表述并不准确。原理部分有一处解释不通:根据伯努利效应,附在表面流体流速变缓,压强变大;而外侧的流速较大,压强较小。这并不能使流体偏向表面。所以,拿着伯努利效应做幌子而不深究细节,并不能回答这个问题。

插一句,伯努利效应有被滥用的趋势
这最初源于流体力学中对正压无粘流体运动方程的积分,即求解兰姆—葛罗米柯型方程。Bernoulli积分适用于质量力有势下的定常运动,积分沿着流线进行,可以扩展到无旋区域。
在康达效应中,Bernoulli积分不一定适用。因为涉及到气流和周围气体的作用,即使认为是定常流动,也不能保证无旋。而且,从下文的解释看,康达效应还涉及到流体的粘性,不满足Bernoulli积分中的无粘条件。
这里只是说判断气流和周围气体的压强大小不能根据Bernoulli积分,而不是说压强无法求得。

维基的词条(link)比较靠谱。
康达效应指,平直的射流会向凸面偏转。在这里,射流被物态相同的流体包围,即全为气体或液体。

产生康达效应的原因可以这么解释:在射流和环境流体的界面上,流体粘性会使两者的相对速度减小。直观地说,就是射流会“拖拽”周围流体,会把周围的流体拉向自己。由于有“墙”的存在,墙和射流之间的部分(图中2位置)不容易被拖过去,于是射流就被拉向墙面,同时给墙面一个反作用力。从整体上看,使得射流偏转的力是3部分提供的。

#气体中的康达效应#
康达效应已经被应用于航空领域,用乒乓球可以简单展示。


视频(link)的截图中,斜着喷出的气流使得乒乓球悬浮在空中。因为气流是倾斜的,所以不能简单地用气流推力解释。具体受力细节十分复杂,可以请教研究机翼流体力学的人士。
综合以上分析,我认为康达效应中,射流和凸面不会直接接触,两者之间存在一部分环境流体,即上图的2部分。正是这部分流体受到了射流的拖拽,这个效果传递给凸面,使得凸面最终获得升力。使得射流偏转的力来自第3部分,而不是射流本身。
@这个昵称没有被人使用 给出的链接中也证实了这一点。当射流和墙面之间有一个小缺口时,若大小匹配,偏转效果会更明显。这体现了2部分气体的重要性。

#为什么水流中的不是康达效应#
Youtube上有一个视频展示了水流受到勺子牵引的作用,但这并不是康达效应。
水流变化前后如图。

在勺子很靠近水流时,水流仍然没有发生偏转。

正如维基所说的那样,康达效应要求两种流体物态相同。这里的气体(即之前说的2部分)不足以产生足够的偏转力,使得水流偏转。而当水流与勺子接触后,2部分流体消失,之后水流的偏转与康达效应无关。

#对实验的一些想法#
百度百科上说,康达效应也称附壁效应。但不是所有附壁现象(比如壁虎附在墙上)都要用康达效应解释
如果只有一滴水沿着筷子慢慢滑落,这个现象还会有人用伯努利效应或者康达效应解释吗?更极端一些,水滴能挂在平放的筷子上,而不在重力作用下滴落,是什么原因?
我觉得,即使不浸润,两种物质在界面上仍然有相互作用,这也是。这可以用来作为评价浸润程度的标准。在纸上放一滴水,将纸翻转,如果水滴在重力作用下掉落,则可认为不浸润的程度较大。

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5.9 最新更新:
有人提到康达效应,并给了百度百科的链接,但这并不准确。
维基的词条中,明确指出水流沿勺子往下流是表面张力作用的结果,也就是此答案最后补充里的“内聚力”。
粗略说明一下,康达效应(Coanda Effect)是同一种流体的相互作用。而此处涉及水与空气,是两种不同的流体。之后会写一个更详细的解释。

PS:关于康达效应,别查维基的中文词条,这和百度一样。英文词条里写得很详细,但没有注明出处,存疑。

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初看这个问题时,我随手点了饭小盆的赞。看了这个昵称没有被人使用的讨论后,仔细思考了一下,觉得不对。

确实,伯努利效应太有误导性了。但看了这张图,估计就会瞬间明白。


还记得么,初中时学的过滤步骤,用玻璃棒引流
在过滤时,水流沿着玻璃棒下行,偏移垂直方向很多。这是因为玻璃棒对于水来说是浸润的,细小的水流由于内聚力[1]而沿着玻璃棒流动,产生偏移。这个现象和伯努利效应没什么关系。
手指在此处的作用与玻璃棒类似。伯努利效应中,要产生显著的压强差,速度差也要达到一定值。粗略估算了一下,水流左侧(远离手指一侧)速度为1.5m/s,要产生1cm的偏移,右侧(与手指接触一侧)的流速要达到2m/s. 个人认为达不到这样的流速差。(未查阅相关资料,此处可讨论)
在这个问题中,水流的流速较缓。我印象中,如果水龙头的流速很急,水流反而会从手指出散开。这时,伯努利效应仍然存在,却不能像原来一样使得水流偏转。

至于@这个昵称没有被人使用 说的材料浸润的问题,先贴两张图

手指对水也是浸润的,水黾的足部对水是不浸润的。所以水流缓慢时,不浸润的材料应该会对水流有排斥作用,而不能“拉近”水流。

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注:
[1]很抱歉用了这么不准确的词,但一时不知如何把内聚力解释清。

这个昵称没有被人使用讨论后的补充:
内聚力的起源是表面张力。表面张力的作用会使得水的表面尽可能缩小。零重力下的水珠形成球形,就是因为这个原因。
水流也是如此。如果连续的水流要散开成一粒粒小水珠,需要克服表面张力做功,因此没有足够的能量(动能)是不容易散开的。于是水流就会顺着玻璃棒,或者手指继续往下流。

18 0

飞猫汽车工程学士,自然控

2014-05-08 21:33

康达效应,旧的教课书上叫射流附壁效应。

http://baike.baidu.com/view/941844.htm

恩,就是这样

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5.9修正

,1,附壁效应的典型效果是:把弯曲的表面(例如勺子),放在水流边上,水流会被勺子吸引而改变方向。或者,将勺子伸入水流后移出,水流将随勺子改变方向。

题图中能较明显看到手指本来就在水流的流动轨迹上,这不是附壁效应的典型情况。

2,附壁效应的实质还是伯努利原理。

3,看到了楼上关于表面张力的讨论,觉得说的有道理,正在准备实验材料,马上实验。
(实验结果:不管材料表面浸水疏水,水流总会靠近勺子。实验材料:勺,蜡)

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后来又琢磨了一下,基本同意楼上说的 内聚力 的说法,附壁效应需要足够的速度,这个刚开始没有考虑到。

还有,我觉得这个内聚力可以解释为分子间的作用力(吸引力)

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取决于手指的弧度吧,伯努利也改变不了我对手指的爱,嘿嘿

0 3

葉ye苦逼搬砖工

2014-05-07 07:03

伯努利效应,和飞机机翼一个原理。你可以用勺子试试,这个比较明显的有勺子被吸的力,也就是压力减小而感觉到被吸。

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