“价值百万”的饮水器,竟被小编用来做这个!

作者: yangfz & Lixy

来源: 中科院物理所

发布日期: 2017-12-30 10:08:24

文章介绍了一个利用物理所的饮水机进行科学实验的过程,通过观察墨水在不同温度水中的扩散现象,解释了物理学中的扩散原理和瑞利泰勒不稳定性现象。

正经玩每周六上午会推送一个好玩的科学实验,可以由家长大朋友带着小朋友在家里动手操作。希望正经玩陪您度过每一个温馨的亲子周末,让小朋友的童年充满知识、爱和陪伴。

引子与先睹为快

众所周知我们物理所有两个身份。在科普领域,我们的公众号每天都会为大家推送4篇文章,教大家正确打开科学。每周六都有小编带大家“玩”一个小实验,可以说是非常亲民了。但是在科研领域,却显得相当神秘莫测。神秘得越久呢,各界传说会越多。小编在入所前,真的听说过这样的传说:物理所的实验仪器个个价值不菲,甚至不起眼的饮水器也“价值百万”。既然是这么666的饮水机,我们今天就拿它做个实验。

实验器材与实验过程

实验器材:所标杯,玻璃杯(4个),红墨水(或食用色素),滴管,硬纸板,吸水纸。先用玻璃杯接一杯冷水,用另一个玻璃杯接一杯热水。然后我们往热水那杯里滴几滴红墨水,用硬纸板封住瓶口,将热水倒立过来放置在冷水杯上,慢慢小心地撤出硬纸板,我们将观察到墨水微弱的扩散。然后我们来准备另一组实验,同时接两杯热水,然后再把墨水滴进一杯里。

这里小编想说红墨水在水中的扩散也是很神奇的,这是我们拍到的一张扩散中的照片,可以看到图中很多丝状的结构。然后我们继续重复上面的操作,小心地拿掉纸板,但是似乎扩散地没有想象中的快,于是小编耐心地等待了一会。左边是上下都是热水,右边是上面是热水、下面是冷水,这个时候效果相当明显了。

原理解说这次的实验是扩散现象。

首先我们要关注的是墨水滴入热水,如果仔细观察我们会发现很多丝状的条纹,这个是由于墨水密度比水大,在重力的作用下向下扩散所导致的。这个现象比较复杂,也称为瑞利泰勒不稳定性,这个现象在等离子体或托卡马克中都有存在。然后实验中我们也发现,如果红色热水在上面冷水在下面,则扩散很难发生。

我们知道水分子在热水中运动比冷水中快,于是在交界面上冷水太懒了,再积极的热水中的墨水分子也没法carry冷水分子,于是就被冷水挡在外面了。这里小编留给大家一个思考题,如果我们把红色热水放在冷水下面,那结果会怎么样呢?大家可以尝试一下看看结果是不是如自己所想。对了,无论结果怎么样,有一件事小编可以确定,那就是,饮水机肯定不是价值百万的!哈哈哈哈,不然四舍五入就是一个亿的所资产了?

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