水上吹乒乓球原理?
这个问题很有趣,让我这个在本科时代就掌握这门“神技”的人来回答吧! 先说结论,在水面上吹乒乓球是完全可以办到的,而且是可以做到比在水面下容易很多的。 我本科的时候学的是水工结构,老师为了让我们能体验一下水利工程的乐趣,在我们刚入学的时候就送了我们每人一个水球(直径大约3cm)和一根吸管作为实践课的报酬,让我们自己做一个微小的水流速度测量装置然后计算出水流的速度。那个暑假我一直都在玩这个东西,虽然最后做的实验数据误差很大不能算数,但是确实让我掌握了在水面上吹乒乓球的技巧。 这个技巧的关键在于控制气流的流出方向,因为如果不加任何控制地让气流直接冲向水中,那么大部分的气流都会散掉(因为空气和水是不会互相渗透的),只有少部分气流会卷起水珠形成小球,而这样形成的小球很容易又沉下去或者翻到一边去。而如果先往空中吹一口气,再用吸管对准空中的气泡吹进气流,就可以很轻易地把乒乓球吹起来。 我后来研究生转专业到了物理,学习了流体力学相关的知识,也重新做过很多种类似的水力试验,才逐渐弄清楚其中的道理。
首先,水是一种介质,它的性质跟空气是很不同的。拿乒乓球的例子来说,当空气吸入气管并压缩的时候,气压增加,当超过一定值时,气体分子之间的相互作用力会导致它们开始移动并排列成链状,从而使空气更容易进入下一个空气分子,形成正反馈,所以才能把乒乓球吹起来。但水是一种阻抗很大的电绝缘体,即使有微小颗粒在水中运动,也很难形成类似于气体那样的有序结构,所以不能用“挤”的方法使水进入另一部分水,只能用扩散的方式一点一点传递物质。因此用吸管向水中吹气很难把水搅动起来。
其次,当把乒乓球放在水里的时候,由于水具有流动性,所以乒乓球会处在水的表面张力和流动的牵引下处于一种类似悬浮状态的东西,而不是像放在空气中那样紧挨着容器底部。这点与放在空气中的情况不同,所以可以形成一个相对稳定的“平台”,使得后续的气流可以吹动它。如果把这个“平台”比做水中的“岛屿”,那么水流流动就像是“海洋”。而把吸管插入水杯中的时候,我们一般很难直接看到“海洋”把“岛屿”淹没的过程,只能看到水从吸管口涌入杯中的过程。这是因为当我们把头伸入水杯中时,我们的视线被水面所阻隔。而在空气中所作的动作其实是在海水与岛屿之间不断搅动的过程,我们能直接看到动作的结果。
最后,当向水中吸气,并且用吸管吹气的过程中,我们实际上是在不断地改变“海洋”与“岛屿”的关系。刚开始吸气的阶段,因为“海洋”没有来得及改变形状,所以能够看见明显的进水过程;但是在后续吹气的过程中,随着“海洋”不断填充由先前吸气造成的“岛屿”间隙,进水的过程就变得缓慢甚至停顿下来,此时如果用力吹气,还可以把原先吸入的空气再挤出去。