【趣味小实验】杯中的旋风——用几片茶叶能在杯子中制造出旋风吗?
来源: 作者:科普工作队 发布日期:2016-08-10 00:00:00
准备材料
一个杯子
茶叶末 ( 研碎的胡椒粉或者糖面 )
水
勺子
事先准备工作
压碎或研碎茶叶。
实验时间: 1 分钟
实验小窍门
准备一个圆形玻璃杯或者一个透明的茶杯。
向杯中倒入水。
向杯中加入两撮茶叶。
用勺子在杯子中转圈搅拌茶叶。
茶叶像旋风一样边旋转边上升到杯子的中央。
搅拌越快,在杯子越容易形成圆形的水柱。
茶叶末以立柱形聚集在圆形杯底部和水面中央。
实验原理
由勺子搅拌而引起水的对流运动,使茶叶聚集在杯子中央,像在龙卷风中一样被带向高处。
知识扩展
人们会认为当勺子搅拌水时,茶叶受到离心力的作用被推向杯子边缘,就像我们开车转弯时,汽车会出现向外圈偏移的现象,然而实际与我们想象的相反:茶叶在上升之前,聚集在杯子中央。怎么会发生这种不合常理的现象呢?
当水被勺子搅动开始旋转时,在离心力的作用下,水被推向杯壁。因此,水向杯壁的压力在杯底要比杯子中部高。结果,水向玻璃杯中部移动,水先是以旋转的形式上升,然后沿着杯壁落下。实际上,水与杯底和杯壁之间有摩擦力,因此靠近底部的水分子比上面的水分子旋转速度要慢。当水形成一个圆锥时,圆锥的上半部分运动速度更快。茶叶的密度比水大,所以它会聚集在杯子中央压强小的地方。酒杯或茶杯的底部越粗糙,这种现象也就越明显。
这个实验模拟的是大气中出现的旋风:空气与大地之间的摩擦以及大气压随高度增加而减小,这给加速上升创造了有利条件,而由冷空气团和热空气团相遇时产生的温度差也是产生旋风现象的先决条件。在冷空气与热空气相遇的水平面上形成的漩涡如此之大,可以卷走它所经过地方的所有物品。