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搅动一杯茶中的茶叶,茶叶为什么会在旋转过程中聚集在茶杯底部中央而不是边缘(离心力向心力问题)
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搅动一杯茶中的茶叶,茶叶为什么会在旋转过程中聚集在茶杯底部中央而不是边缘(离心力向心力问题)
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答案和解析
搅动液体使其在杯中旋转,产生向外的离心力.然而,靠近底部外侧的液体由于于杯壁的摩擦减慢旋转,那里的离心力减弱从而使得压差对水流的作用大于离心力.这就是被称为边界层或更确切为埃克曼层.
由于离心力,沿边缘的作用力大于中间.如果全部的液体作为一个固体旋转,内部的向心力与外部(向心力)与转速关联,所以就没有向内或向外的运动.
在一个茶杯中,旋转在底部较慢,压力坡度产生并随之产生沿底度的向内的波流.向上一些,液体流向外侧.这个第二波流沿底部向内流从而把边缘外部的茶叶聚集到中央.由于茶叶的重量无法上升,所以它们停留在底部中心.结合第一旋转波流的作用,这些茶叶将沿底部向内螺旋.
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由于离心力,沿边缘的作用力大于中间.如果全部的液体作为一个固体旋转,内部的向心力与外部(向心力)与转速关联,所以就没有向内或向外的运动.
在一个茶杯中,旋转在底部较慢,压力坡度产生并随之产生沿底度的向内的波流.向上一些,液体流向外侧.这个第二波流沿底部向内流从而把边缘外部的茶叶聚集到中央.由于茶叶的重量无法上升,所以它们停留在底部中心.结合第一旋转波流的作用,这些茶叶将沿底部向内螺旋.
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