目的
演示流體在層流(Laminar flow)狀態下的特殊行為。
實驗
實驗裝置:如下圖
在實心壓克力柱與空心壓克力管的間隙中注入甘油(glycerine)做為演示的流體。以滴管注入藍、紅、黑三種染料後,旋轉內圓柱,使染料完全散開來(記錄轉了幾圈)。接著,將內圓柱反方向旋轉(反轉同樣的圈數),觀察染料可否回復原來的狀態。
原理思考
轉動內圓柱後染料完全散開來,為何反向旋轉後染料可回復到原來的狀態?
若用流線來表示流體中運動的粒子,那麼當流體流速不快時,其流線與流線之間並不會互相交錯(如下圖),而這樣的流動狀態我們稱為層流。
討論
若將甘油換成水,實驗是否仍會成功?
在原理探究中雖然是用流速大小做為流動是否為層流的指標。但實際上是用來其液體的雷諾數(Reynolds number)做為指標。
雷諾數:流體流動中慣性力與黏滯力的比值,一般又簡稱為。
當流體於管中流動時: ( :流體密度、:流速、:管子的直徑、:液體黏性)
在一般壓克力管中,液體流動的雷諾數為層流狀態,為過渡狀態,為紊流狀態。
甘油(丙三醇)的黏性,水的黏性,當其他條件皆相等時,黏性高的雷諾數較低。由此可發現,在所有狀態都相同的情況下,水的雷諾數將比甘油雷諾數差將近千倍。
關於實驗
影片中注入的染料為紅墨水與甘油之混合物
製作
曾助理
指導老師
朱慶琪
撰稿
戴伯誠、朱慶琪、朱浦毅(動畫繪製)