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跳躍噴泉的原理是?

真相追追追

水柱要切的這麼整齊就必須先將水柱中的紊流消除而形成層流狀態,就像是美麗華中庭通道那個晶瑩剔透的水拱門(註:現已拆除)

層流狀態下的水流:

Laminar jet

2.如何DIY

Build a laminar flow nozzle for $15

3.加上電子控制開關

Laminar Nozzle NEW Cutter Test – Stepper Motor

傳統的層流示範實驗:

Laminar Flow

商業應用:

Detroit Airport McNamara Terminal

Musical Fountain at Burj Al Arab, Dubai

Burj Al Arab

DIY版本:

材料與器材:玉米糖漿(Corn Syrup)可在大賣場購得,或是網購→露天 175元、色素→紅黃藍3瓶共50元、大小不同半徑的圓柱形玻璃杯、滴管、長尾夾(能緊密貼在內筒並能施加壓力的尺寸)

先來認識一下流體力學中的層流(laminar flow),它是指所有的流體粒子朝著平行於管壁的方向彼此平行流動,流體彼此分層流動而互不混合,亦即沒有亂流(turbulent flow)發生。

laminar-flow1

這個“解混實驗”通常是使用特製的壓克力容器來示範,這位 YouTuber: Brusspup 只利用簡易的方式就能做出這個流體力學的經典實驗,真是厲害。至於看起來似乎已經均勻混合的色素,為何會在逆轉回來時逐漸回復原狀?其中的技巧在於「各色素必須滴在同一深度處,而且彼此相距的距離不能太近,另外還要轉慢一點」

laminar-flow2

基於玉米糖漿的高粘度與很慢的旋轉速度,這時液體流動是非常有序的在彼此之間滑動,也就是以平行的層流方式流動。靠近外圍器壁的流體速度幾乎為零,而越靠近中央轉筒的流速越大,這類似於河流的流速越靠近岸邊越小而河中央的流速最大。因此流體各層在相同時間內所移動的路徑長度就只取決於其與內筒的距離,轉了一段時間後,同一顏色的液滴中,越靠近內筒處的液體移動量越大,於是一顆圓形液滴就會被延展成彎曲的薄片狀。這類似於做綠豆凸的油皮時,須先以擀麵棍擀平後再捲的模式,如此每一層的薄餅皮之間就不會互相混合。

由於三種顏色液滴之間的無色糖漿在旋轉時也會被拉伸成薄片,於是這個薄片就會襯在不同顏色的薄片之間,雖然外觀看起來三種顏色似乎是彼此混合了,但實際上各液滴薄片之間還是有間隔的。一旦逆轉回來時,就會像是影片倒帶一樣,最後就會回到原先的液滴狀態。有興趣的朋友們不妨也來嘗試看看,在茶餘飯後的餘興節目中來一段科學趣味實驗,相信將會引來滿堂彩!

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