水母

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TUhjnbcbe - 2022/6/22 14:43:00

大家快闪开,我要放大招啦!

快来看看空气炮的威力吧!

一个小型的空气炮可以轻易击倒75步远处的空易拉罐。

年,在捷克电视节目《自然奇观》中,展示了一个巨型空气炮,可以将m外的纸箱墙击倒,创造了一项吉尼斯世界纪录。

STOP

那么,问题来了,空气炮到底是什么?为什么空气炮会有如此大的威力呢?为什么空气炮的射程这么远呢?

别着急,小编这就来为您揭晓答案。

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空气炮弹的本质是涡环?!

空气炮,顾名思义,就是空气做的炮弹。当烟雾粒子随着空气快速通过圆孔时,会牵引周边静止的空气,形成环状的涡流,使得烟雾粒子不能等速地扩散到周边空气中,所以才形成了我们在视频中所看到的烟圈。而这个烟圈也就是本期的“主角”——涡环。

涡环是涡管其中一种存在形式,涡管的另一种存在形式是终止于流体边界或固体边界。

涡管的三种存在形式

根据海姆霍兹第三定理,正压、理想流体在有势质量力作用下,涡管的漩涡强度不随时间而改变,所以理论上说,涡环可以运行到无限远,涡环的强度也不会减弱。但是,现实中的流体都存在粘性,这将会导致剪切、速度等参数脉动,能量也会耗散,同时,由于流体的引射作用,漩涡强度将随时间衰减。由于空气的粘性很小,相对滑动速度也不算大,所以,视频中涡环的运行距离很远,威力也很强大。

02

有趣的涡环现象

其实氢弹和原子弹爆炸所形成的蘑菇云,本质上也是一个大涡环。

吐出的烟圈,也是涡环。

蒲公英种子的冠毛上方会形成分离的涡环(separatedvortexring),这个涡环在运动中所产生的力,会把蒲公英种子往上提,从而促进蒲公英种子的飞行。

涡环会降低直升机旋翼的拉力,使直升机失速。

03

水里的环形气泡

水里也可以形成涡环。当气泡占据涡流核心,就会形成环形气泡。

当气泡环上升时,由涡旋产生的指向下方的升力作用在气泡上,因此气泡的上升速度降低,而气泡环的直径增加。

气泡内部的总体积会随着外部水压的降低而增加,但气泡环的厚度仍会不断减小。当气泡环的厚度缩小到几毫米时,表面张力效应会使气泡的表面变形,从而将气泡拉成单独的气泡,也就是说,气泡环就会破碎。

那么水里的环形气泡是怎么形成的呢?

随着气泡的上升,气泡顶部和底部之间的压力会有所不同。气泡底部的较高压力将气泡的底面向上推动的速度快于顶面的上升速度。这会产生一个向上穿过气泡中心的流体射流。如果流体射流具有足够的能量,它将刺穿气泡的顶部并形成气泡环。

由于流体运动通过气泡的中心,气泡开始旋转。这种旋转使气泡周围的流体运动,从而形成环形涡旋。气泡旋转的越快,涡环就越稳定。

快看快看,小水母被卷进气泡里啦,我猜它的小脑袋现在一定很晕

如果流体界面的表面张力或液体的粘度过高,则液体射流会更宽,并且不会穿透气泡的顶部。就会形成球形盖气泡。

04

鲸类吹环形气泡

鲸类,如座头鲸和海豚,会吹环形气泡。

座头鲸捕鱼时潜入大海深处,并以螺旋状释放出稳定的环形气泡流,随着气泡的上升和边界的缩小,鱼群被迫进入座头鲸的进食范围,鲸鱼穿过气泡网,张开大嘴,向水面上浮,换气的同时,大口享受美味的猎物。

吹环形气泡也是海豚的一种娱乐活动,它们有时会与气泡一起玩耍,扭曲气泡环,将较小的气泡环从原始气泡中折断,或者用它们的喙将原始气泡分成两个单独的环。它们还喜欢咬住所产生的涡流环,使其破裂成许多单独的正常气泡,然后迅速升至水面。

海豚吹环形气泡的主要方法有两种:

1、最简单的办法是直接从喷气孔排出气泡,随后气泡变成环,并上升到水面。

2、海豚侧身向前移动,原本呈水平状态的尾鳍变为垂直状态,海豚使劲摆动尾鳍,就形成了环形涡流,随后海豚迅速转身,向涡流中吹入气泡,海豚通常会在视觉上和声纳中检查环形气泡的形成。

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