1
趣味物理学
1.6.3 4.3 墨水滴画成的旋风
4.3 墨水滴画成的旋风

取一块表面光滑的白色硬纸板,将它剪成圆形,在圆心插一根牙签(只有一尖端的,尖端朝下),于是一具陀螺就做成了。图4-4左上的圆形图就是它的实际尺寸。转动这个陀螺很容易,只要在牙签的上部轻轻一搓,快速放在光滑的平面上,就可以了。

我们现在可以利用这个陀螺做一个十分有趣的实验:在旋转陀螺之前,先滴几小滴墨水在纸片上。在墨水还没干燥前,立刻旋转它。当陀螺停下来后,我们再看那些墨水滴:每一滴墨水竟然划了一条螺旋线,将这些螺旋线合起来看的话,它们的模样就像一股旋风。

旋风模样画的出现并不是一种巧合。你知道圆纸片上的每一条螺旋线反映了什么吗?很明显,它就是墨水滴移动的真实轨迹。在旋转时,每一滴墨水受到的作用,与坐在“魔盘”上的人受到的一样。在离心效应的作用下,这些墨水滴逐渐远离圆心向边缘移动,而越靠近纸片的边缘,它的转动线速度就越大。

在圆纸片与墨水滴底部接触处,由于纸片的旋转速度快于墨水滴,在旋转的瞬间好像从接触处悄悄地溜到了墨水滴的前面。整个过程的显示结果,就像墨水滴退到了它原处位置的后面。正因此原因,墨水滴的移动路线才是弧形的,组合在一起就构成了旋风的模样。

当空气流从高气压地区向外流动(这种情况称气旋)或向低气压地区流动(这种情况称反气旋)时,所受到的作用也是如此。因此,这些墨水滴绘成的螺旋纹,完全可说是旋风的缩影。

图4-4 附有墨水滴的圆纸片旋转时,其上墨水滴移动的情形