去年年底,随着英国各地气温骤降,苏格兰一条河面上出现了很多奇怪的“冰饼”,看起来有点像冻干的牛粪,被人拍到发到网上。这种现象并不算特别罕见,在其他地方,比如波罗的海和南极洲附近也会有这种“冰饼”。圆盘的直径一般在20-200cm区间。冰饼一点都不坚固,特别容易碎。有两种原因可能会导致冰饼的形成。第一种,如果河流的水流比较湍急,此时冰面上早已形成的冰块会在水面相撞,边缘逐渐被撞成圆形。
冰的边缘会继续沿着圆盘结冻,让小圆饼变成大圆饼,形成了冰饼。第二种,如果河流的水流比较平静,那就不能靠波浪了,而是靠涡流,涡流会把一些残冰卷入涡流中心,冻结在一块,在漩涡的作用下变成圆形。随着碎冰不断涌入涡流,圆饼越拼越大,形成了冰饼。去年12月8日,在《科学报告》上有一个研究,简单来说,就是科学家测试了不盖马桶的时候冲水会发生什么。
当然,有些东西是肉眼看不到的,为了更清楚看到马桶冲水时的小水花和空气微粒,科学家用上了激光。通过激光装置,马桶冲水后的水花清晰可见,相机通过慢镜头的方式将水花四溅的场景记录了下来,对水花的速度、距离和在空气中停留的时间做分析。结果就是下面视频中的样子:几乎就是在冲水的一瞬间,水花就马上喷上来了,大约5.5秒内,水花就飞到大约30厘米的高度。再过大约3秒钟,水花就飞到了1.5米左右的高度。
可以想象,几乎整个厕所都充满了被冲飞的马桶水。并不是简单的装饰。据早前由麻省理工学院机械工程系Nicholas Makris等人发表在Proceedings of the Royal Society A上的研究结果,这一特殊的形状确实对乐器演奏的力度有决定性影响。简单来说,小提琴琴身上用于空气流通的f形音孔越长,通过的空气流量就越大。事实上,小提琴空腔共振产生的声辐射强度仅仅与空气流量变化相关。
同时,研究人员通过探测任意形状音孔的声导发现,空气在乐器音孔中的流通主要集中在其表面而非中心位置。所以相比于一些圆形音孔的古代乐器(如里拉琴)而言,f形音孔大大降低了音孔的无效面积,从而更有效地提高了空气共振时的强度。也正是因为以上原因,小提琴的音孔形状也从最初简单的圆形逐渐演变成半圆,再成为C形,最终到现在小提琴标志性的f形音孔。