挤出来的沐浴露为何打圈圈?(3)

图1-1描述的是流体流到平面上铺散的情形。像水这种黏度很小的液休,因为水分子之间吸引力很小,铺散过程非常迅速。但是比水黏稠许多的液体,分子之间吸引力较大,铺散的过程就会慢一些。这导致液体还来不及向四周流溢,新的液体柱又流了下来。这样就会有一部分液体图 1-1堆积在一起,形成一个类似圆柱的结构。

很明显,这个液体的圆柱结构不是静态的:虽然底层以及最外层的液体会不断流失,看起来像是坍塌一样,但上方不断有新的液体流下来补充,于是圆柱形的累积液柱在动态中得以保持。液体圆柱内部分子之间的引力,对抗圆柱本身的重力以及惯性,如果两者之间的力能保持平衡,液体圆柱的形态就会出现表观上的平稳。所以当我们开始向手上倾倒香波的时候,它呈现出静静流淌的样子。不过当我们将香波瓶子提高点,让香波从更高处流出,情况就有了变化。整个液流的长度增加,由于重力加速度,越到下方,液体的直径越小,速度越大。

显然,这时,中心的圆柱受到来自重力以及惯性的压力在增加,而圆柱的直径在减小。一旦圆柱的分子间引力不足以平衡重力及惯性,这根柱子就会坍塌。一根不堪重负的柱子,会怎样?两端所受到的压力,将使得这根柱子产生形变,同时,内部分子之间的距离变短。在垂直方向上,分子之间因为距离缩短,表现为相互抗拒,并积蓄势能。如果这根柱子内部的分子,是完全一样的,那么柱子的任意水平切面上,所有的分子受力情况都相同,这根柱子就会出现压缩变形(crushing)。此外还会有什么情况呢?肯定有同学玩过叠木块,在这个游戏中,两个玩家依次从木塔中部取出一个木块,最后谁抽木块时导致木塔的倒塌,谁就是输家。我举这个例子是为了说明,整个木塔的重心,保持在中心纵轴上,在某水平切面上,如果和中心纵轴等距离的某处的受力与其他对称位置的受力相比,出现足够大的差异,木塔的重心偏离中心纵轴,木塔就会倒塌。刚性材料受力过程中发生的折弯(buckling),和这种现象有共通之处。

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