纸屑为什么在水涡中心把水瓶摇起来,会形成一个旋涡,仔细观察瓶底的纸屑,在一段时间后会停在水底中心.这是为什么?易给初中水平的人看懂.

Question

纸屑为什么在水涡中心
把水瓶摇起来,会形成一个旋涡,仔细观察瓶底的纸屑,在一段时间后会停在水底中心.这是为什么?
易给初中水平的人看懂.

Answer 1

引用我在茶叶为什么在中间的答案,原理完全一致,把其中的茶叶换成纸就行了,听不听得懂,我就不好说了,你听不懂,这也是基本原理.
先强调一点,茶叶既然能沉到水底,说明茶叶密度大于水,所有说茶叶密度小于水的,不知道脑袋里怎么想的.出发点就是相反的了,还能得到正确的结论,可以想象论证的有多荒谬.
分析：
茶杯中的水会经常旋转,这个大家都说过了.关键的问题是旋转造成了杯中水沿着径向的压强产生梯度.考虑一下浮力为什么产生就明白了.这个水中径向的压力差会给内部的物体一个指向轴心的与浮力类似的力.但这个力又与浮力不太相同,因为正常的浮力是由于液体内铅垂方向上均匀的压强梯度产生的,所以浮力大小只与排开的液体的重量相同,与物体的纵深位置无关.而这个旋转的液体造成的水平压强梯度是不均匀的,因此在不同位置受到的这个指向中心的力大小也不相同.
计算结果：
正常重力场内液体铅垂方向压强梯度：液体密度*g
旋转液体中径向压强梯度：液体密度*角速度^2*R
但是千万不要以为就是这样导致水中物体向中心运动,这就完全错了.
详细的计算会告诉你,因为这个力要提供它的向心力,所以物体是不是会因为这个力而运动到中间是不一定的.
1.如果水中物体与水的密度一致,则它可以随着水流一起旋转,它与杯子中的一滴水没什么分别.
2.如果密度大与水,则此力小于物体旋转所需的向心力,则物体一边旋转一边向杯子边缘运动.
3.如果物体密度小于水的密度则可得出物体向中心移动的结论.
说到这里,大家可能说我跟别人的讨论差不多啊,没错,以上分析是完全正确的.不过别的仁兄接下来说的就有严重的错误了,既然茶叶能沉到杯底,说明密度大于水,怎么能得出跑到中间的结论呢,感觉匪夷所思,完全是错误的分析.
正确的运动分析如下：
以下的现象你可以做实验证明,我已经做了试验了.所有我说的现象都可以看到.请注意很多现象是你从没注意到的.
1.把水搅得转起来,液面出现漏斗形,证明内部出现了径向的压强梯度.
2.因为杯底茶叶密度稍大于水,因此在激烈的搅拌下完全旋转起来时,茶叶绝对是以较大的旋转半径来转动的,近乎于贴着杯子.
3.液面茶叶因为密度稍小于水,应该向中间移动.
是不是要说,这茶叶也没证明出要聚集到中间啊?证了半天,怎么证明出杯子中的茶叶往边上跑啊?这就证明它要往中间去了.
4.在杯底的茶叶旋转速度降低的时候,慢慢的落往杯底,会时不时的和杯底相摩擦,导致旋转速度降低,这时奇怪的现象就发生了.茶叶一碰杯底就往中间跑,导致最后整杯茶叶都聚在中间.我们找到了杯底茶叶会到中间的最根本原因——茶叶与杯底的摩擦.
现象分析：茶叶旋转时受到扰动经常随水流悬空旋转,此时旋转速度与水流速度基本一致.茶叶密度略大于水,导致茶叶在激烈旋转时,都跑到了外围.杯子中间是可以看到杯底的,过了一会旋转稳定时,茶叶慢慢下降可以碰到了杯底,摩擦导致茶叶的旋转速度降低,也就导致了所需的离心力降低,此时液体依旧旋转,于是不变的压强梯度给予茶叶的指向轴心的径向力不变化,但是茶叶由于旋转速度降低,所需的向心力变小,多余的径向力导致茶叶趋向轴心运动.