趣味物理学
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3.墨水漩涡

如果将光滑的白色硬纸板剪成圆形,然后在中间插一根削尖的火柴棍儿,你就做好了一个陀螺。图42左图展示的陀螺大约是实际尺寸的一半。想让陀螺旋转的话,只要用两只手指把火柴棍儿捻住,让它旋转起来,并且迅速地丢在平滑的地面上就可以了。

我们现在用陀螺做一个非常有意思的实验。首先我们在陀螺上滴点墨水,在墨水还没有干的情况下直接旋转陀螺。等它彻底停止转动时,再看看那几滴墨水发生了什么变化:我们发现每一滴墨水都划出了一条螺旋线。如果我们将这些螺旋线都组合在一起,一个漩涡般的图形就会呈现在我们面前。

图42 墨水在旋转的圆纸片上流散

这种图形类似漩涡并不是偶然的。你知道纸片上的漩涡表示什么吗?

这是那几滴墨水的运动轨迹。墨水受到了力的作用,就跟坐在旋转的“快乐转盘”上的人们一样。因为离心效应的原因,墨水滴在离开圆心时,流向圆纸片上比墨水滴本身拥有更快圆周速率的地方,圆纸片在这些地方沿着墨水滴的下方滑过去,来到它的前面。就出现了这样的情景:墨水滴好像落在了圆纸片的后面,处于半径线后面的位置。所以它们的路线产生了弯曲,因此,曲线运动的轨迹就呈现在了纸片上。

无论是从高气压区流出的气流(即“反气旋”),还是流入低气压区的气流(即“气旋”),都会受到相同的力的作用,所以我们说由墨水滴产生的螺旋纹就是这些空气漩流的真正缩影。