如何防止倒水时水流沿容器外表面洒在桌子上? - 知乎

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如何防止倒水时水流沿容器外表面洒在桌子上? - 知乎

  以及,外国人有没有把这命名为一种效应?

  科恩达效应,解决水流贴壁只需要让出口足够“尖”就可以了。比如两个水壶出水口分别长这样(注意,B是水壶,不是马桶!):A的出水口很“尖锐”,B的出水口很“圆润”

  你买哪个?

  我们只能买A,而B压根就买不到。因为B是一种“反人类”的设计,这种水壶在倒水的时候水会沿着壁面漏掉。为什么呢?我们看一下用B杯倒水的情形:

  很明显,水在出口的地方转了一个弯,沿着壁面“飘移”掉了。

  而高中我们就学过,任何一个东西要转弯,肯定要有向心力。这里扮演向心力角色的力就是水表面层和水壶壁面层这两个地方压力差。

  为了弄清这个过程的机理,我们做一个思想实验来模拟倒水的过程:为了表达清楚,这个图被放大了,实际我们只关注水流和壁面角落里毫米级别大小的地方(红色三角)

  由于水和空气之间的摩擦作用,周围的空气被水拖走。原来静止的空气压强是大气压,而被带走的时候就具有一定的速度,伯努利原理启发我们其压降会降低。

  但水周围四面八方都有空气被拖走,水流真的“雨露均沾”了吗?不然,因为受到水壶壁面的限制,水流和壁面中间的角落里(红色区域)空气并不好及时补充过来。因此就造成了左边的压力大于右边的压力。

  水流左右两边的受力不平衡了,合力向右,就要往右偏:

  我们直观地看,就是水和百里守约似的,喜欢“贴壁走”。而水流贴壁就要转弯,转弯就需要向心力,向心力由压差提供。

  但!这个压差是有限的,而我们可以将水壶出口的曲率半径r做到特别小,也就是特别“尖锐”。这个时候我们联系向心力的公式:

  曲率半径r很小,意味着需要的向心力很大,而压差力终究不会很大。这样水流就会脱离壁面,直直落下。

  例如如果我们用0.5毫米厚的铁皮弯成一个出水口,一条主流流线的半径是0.5毫米:

  那么它需要的向心加速度是:

  200个重力加速度的向心力靠空气加速提供的那点压差力实在是不够塞牙缝,但实际上水流贴壁不仅仅是因为压力差的原因(但压力差可以诱导贴壁,并且一般的科恩达效应都与压力差有关)。当水流附着在壁面上之后,让其转弯的主导力量是壁面对水的吸附作用和水的表面张力。尽管这两种力要比压差力大得多,但还是只能提供有限的向心力。所以遇到这种急转弯的壁面水流只能与壁面分离,也就解决了题中问题。

  @Haoyun Deng 和 @由田甲 两位说得很对,主要是看“普遍因素”还是看“主导因素”。科恩达效应的“普遍因素”就是压力差,倒水的“主导因素”则是表面张力和壁面吸附力,具体的解释都在评论区精选。

  我一般模仿化学实验的引流法,拿条筷子引流一下。

  倾角足够大就行。接近横着的话基本没事,再继续倾斜就更不会顺着腚流了。

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