你身上的血管为什么长成现在的样子?

作者: 实验君

来源: 把科学带回家

发布日期: 2017-09-29

本文通过一个实验解释了血管、河流等自然现象为何呈现分形结构,并通过实际操作展示了分形图案的形成过程。

你身上的血管为什么长成现在的样子?其实它是美国国家地理拍摄河流的照片。那么这张又是什么呢?树枝?树根?闪电?其实它是血管的照片。所以你看,不光河流和血管很像,其实它们和闪电、树枝、树根都有相似之处。它们为什么都是弯弯曲曲、不断重复的样子?它们是怎么形成的呢?今天的小小艺术创作告诉你这背后的原理。

关键概念:分形、粘滞指进。

材料和工具:牙签、油彩(或水彩)颜料、一个2面的CD盒(或2片平整的玻璃片、树脂片、透明塑料片)。操作步骤:1. 把CD盒拆开来。用牙签蘸一滴颜料,滴在一片CD盒盖子上。2. 把第二片CD盒盖在第一片上,把2面CD盖子压紧。3. 小心地把2片CD盖子上下分开,注意不要左右移动。4. 现在可以观察,在你分开2片CD盖子的时候,空气进入颜料里形成的图案。看看空气形成的图案是什么?它像什么呢?

5. 如果想要保存得到的图案,可以等颜料干了,用胶带纸粘走。粘着图案的胶带纸可以用来装饰别的东西,比如贴在信纸上面。

实验原理:我们用颜料得到的图案叫做分形。分形的意思是,不管把分形图案放大多少倍,它看起来和放大前的样子是一样的。而用颜料得到这种分形图案的过程叫做粘滞指进。粘滞指进是什么意思呢?当黏糊糊的颜料被挤压的时候,它们会向四面八方扩散开来,形成一个圆饼状的边界。

当2片CD盖板被拉开的时候,空气会钻入黏糊糊的颜料里面。不过空气的粘度没有颜料大,它们会在颜料的边界画出像指头一样的形状。粘度比较低的液体或气体进入粘度比较高的流体中,就会形成粘滞指进的分形。粘滞指进形成的分形图案可以让我们联想起树枝、树根、肺部的血管。如果你见过河流的高空俯拍,或是闪电的样子,它们和我们实验中的粘滞指进分形也非常相似。它们形成的物理规律,和我们的实验是类似的。

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