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            漩涡背后的科学

            涡流

            涡流是围绕轴线旋转的流体的一部分。漩涡或漩涡在自然界中以多种形式存在,例如龙卷风、飓风、漩涡等。在现实生活中也可以通过旋转水瓶、排干水槽、旋转茶杯等轻松观察到漩涡。


            漩涡的形状

            漩涡顶部较宽,向底部移动时逐渐变窄。这是因为压力差。顶部的压力较小,底部的压力最大。涡流的方向通常由科里奥利效应决定。

            漩涡的形状

            漩涡的形状

            漩涡的形成

            当流体速度存在显着差异时,通常会形成涡流。速度的差异会产生一股力量,使水在周围旋转。旋转的水通过围绕中心点连续旋转来保持其角动量,同时由于运动和静止水之间存在的摩擦力而损失一部分能量。例如,如果您将陶瓷或金属板浸入水池中并沿直线向前推动,则会形成一个或多个漩涡。这是因为与板接触的水经历了运动,而远离板的水保持静止。板块边界周围的水倾向于向前移动并被推向两侧。同时,盘子背面的水被向前吸入。现在,即使你移开盘子,运动中的水也会继续旋转并形成肉眼很容易看到的漩涡。结果形成的两个涡流以相同的速度向前移动,并包含一条曲线的轴线。这意味着两个漩涡相互连接并形成漩涡的半环。添加到一个涡流环的一块物质被转移到另一个涡流环。根据亥姆霍兹定律,涡流线不能在流体中开始或结束。这意味着涡环要么在一个环中闭合,要么在两个单独的边界点闭合。同样,在气体的情况下,在慢风上方移动的快风是造成涡流烟环、飓风或其他类型的涡流在空气中形成的原因。

            漩涡的形成

            漩涡的旋转速度

            与顶部相比,底部的涡流旋转速度更高。这是因为漩涡在顶部更宽,并且在向底部移动时变窄。存在于底部的流体倾向于在狭窄的圆形路径中移动,这就是为什么它必须具有每分钟大量的旋转才能与涡流顶部围绕同一轴旋转的流体的速度相匹配。

            涡流的应用

            涡流的原理是制造洗衣机、牛奶/奶油分离器等许多设备的基础。涡流的概念也用于医疗和国防领域,以对各种设备进行测试血液样本并为战斗机飞行员设计特殊套装。战斗机飞行员通常会经历急转弯并高速转弯。这会将血液抛向血管的外边界,这可能会导致严重的医疗状况。

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