自然与人-19.2   笔者做了相类似实验

李开乐

    摘要：笔者找不到前人的实验资料，考虑到该实验的影响巨大，为了亲身体验和追根溯源寻找症结，便亲自设计了实验装置并做了相类似实验。

     

    笔者不容易找到前人有关流体转动实验的具体资料，考虑到该实验影响作用的巨大和深远，为了亲身体验并获取第一手资料，以便追根溯源，寻找症结所在，也好让大众对该实验有个更具体的了解，笔者便在自我研制的同一个装置上做了下列两次有关流体垂直轴转动的实验。

实验1：匀速转动流体实验

  ①实验日期：2007年6月8日

  ②实验目的：观察流体在匀速转动圆缸内的运动规律

  ③实验装置：如彩图19.2

    ⒈一个能匀速又可变速的，绕垂直轴转动的电动转台，可在0转/分钟，至10转/分钟之间任意调变。

    ⒉一个直径40厘米，底部为半圆球形的玻璃缸，内壁底部直径20厘米范围内高低不平，如地形模样。将圆缸固定置放在转动圆台上。

    ⒊在圆缸内注入满半球的无色透明流体（可用清水）。

    ⒋在流体中加入相当数量的，颜色便于观察的悬浮颗粒（本实验用黑色颗粒，颗粒的密度与水的密度基本相同）。

  ④操作步骤：启动转台，然后按⑤的要求调节转速、观察流体运动变化、计算时间和进行记录。

  ⑤实验记录表：见表19.2-1

  ⑥分析：用不同转速做了5次实验操作，所出现的普遍现象是：⒈容器加速时流体随之加速，在加速过程中，缸底颗粒从中心沿缸底辐散移向周围，液面颗粒则从缸边向中心汇集；⒉一定时间后颗粒与容器之间趋于相对静止，即流体与容器保持同步转动。

    显然，⒈的情况是由于流体与容器之间存在着相互摩擦，从而使转动容器与流体之间有动能相互传递所造成的；⒉的情况是因流体从容器得到的动能没有外传释放，故不能再从容器继续得到能量而只保持了与容器的相对静止。

  ⑦结论：得出与前人实验相同的结论──在容器稳定匀速绕垂直轴转动的情况下，流体和容器最终处于整体同步转动的状态，即动态平衡状态。

彩图19.2： 流体转动实验装置

实验2：变速转动流体实验

  ①实验日期：2007年6月9日

  ②实验目的：观察流体在变速转动圆缸内的运动规律

  ③实验装置：同实验1

  ④操作步骤：同实验1

  ⑤实验记录表：见表16.2-2

  ⑥分析：做了5次不同变速情况的实验操作，所出现的普遍现象是：⒈流体在加速旋转过程中，缸底颗粒从中心沿缸底辐散移向周围，液面颗粒则从缸边向中心汇集（同实验1）。⒉流体在减速旋转过程中，容器壁附近的颗粒在超前于容器旋转向前的同时，都向缸底中心汇集；中心颗粒则上升（有些个例不易显见）；液面颗粒趋向于从中心向整个液面散开。⒊颗粒的散、聚快慢和转速变量与转速之比值成正比。

  ⑦结论：由于流体与容器之间存在着相互摩擦，就使转动容器与流体之间有动能相互传递现象发生，所以变速转动容器内的流体便维持了相对于容器的环流和变化。

    尽管实验1、2都是定性观察，没有很严格的数量控制，但它朴实、自然，没有像某些计算机模拟那样有人为的假设或干预，于是它所表现出来的流体运动规律就比较客观，朴实，没有任何虚假。它能被明显观察到的运动趋向是确定的，而不是含糊不清的，所以是有参考价值的。