吃了吐是⼀种物理现象

作者: 荔枝&荷塘

来源: 中科院物理所

发布日期: 2022-09-18 11:50:57

本文通过实验探讨了“吃了吐”这一物理现象,介绍了如何利用气压变化使水瓶产生吐泡泡的现象,并解释了其中的物理原理。

众所周知,“吃了吐”是⼀种物理现象。之前我们⽤乒乓球与⽔瓶做过⼀个泡泡沙漏,从⼤家的投稿反馈中⼩编发现想达到周期震荡的吐泡泡现象,对乒乓球的密度要求⽐较严苛。那么今天我们换⼀种思路,让⽔瓶吐泡泡吐得更开⼼。实验器材所标杯、⽔瓶、热⽔、⾊素。实验过程如果我们将装有⽔的瓶⼦倒扣在平⾯上时,虽然瓶⼜与平⾯接触会有⼩的缝隙,不过我们知道瓶内外的⽓压平衡会阻⽌⽔的流出,所以既不会有⽔出来,也不会有⽓泡进去。

既然⽓压可以阻⽌⽔的流出,那么稍加利⽤也可以吸⼊更多的空⽓进去咯。⽐如如果我们将瓶中的⽔换成热⽔,我们发现⽓泡开始咕嘟咕嘟地向瓶中涌⼊。此时如果我们压紧瓶⼦(⼩⼼烫⼿),⽓泡流会变得⼩⽽频繁。相反如果我们稍稍将瓶⼦倾斜⼏度,有趣的吞吐现象则会发⽣(加⼊了⾊素⽅便观察)。瓶中的⽔先是在瓶⼜处流出⼀⼩滩,然后逐渐被吸回瓶中。当溢出的⽔都被吸回的瞬间,会有⼀部分空⽓进⼊瓶中,形成⼏个⼤⽓泡。

⼤家也可以挑战⼀下倾斜的最⼤⾓度。原理解说从⽓体状态⽅程中我们可以知道当体积⼏乎不变时,随着瓶中温度降低,瓶⼦上⽅的⽓压降低。瓶⼝处内侧的压强为瓶内⽓压与⽔压之和,随着瓶内⽓压逐渐降低,瓶⼝内侧⽓压逐渐⼩于⼤⽓压,外部的⽔或者空⽓就会被吸⼊瓶中。

和拔罐或者中学时做过的将瓶⼦加热扣⼊⽔中引起瓶内液⾯上升的实验不同的是,由于瓶内的温度是随着⽐热容较⼤的热⽔逐渐下降的,瓶内的压强不会瞬间变得过低,这样可以使得瓶⼜内外往复地出现瓶内压强低->⽓泡进⼊、内外压强平衡的循环,使⽓泡源源不断地涌⼊。

如果将瓶⼜压的紧⼀些,那么瓶⼜形变后与平⾯缺陷处形成的缺⼝会更⼩、并且⽓泡涌⼊时瓶身微微抬起的幅度也更⼩,使进⼊瓶中的⽓体量更少,整个压强差-⽓泡涌⼊的循环的振幅也会更⼩,便会形成⼀系列短⼩⽽频率更⾼的⽓泡。如果我们选择将瓶⼦倾斜,瓶内的压强并不⾜以克服有流动性的⽔从巨⼤的缺⼝中流出,所以瓶⼜会漏出⼀部分液体。

⽽由于⽔的张⼒、与瓶⼜的吸附⼒等⼀系列因素会使流出的液体形成⼀个弧形的液⾯包裹住倾斜的缺⼝,⽔就难以继续流出了。⽽由于瓶内压强逐渐下降,流出的⽔会被逐渐吸回去,并在带⼊⼀定的⽓泡使瓶内外压强平衡时进⼊下⼀个循环。

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