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“反转浮力”实验挑战阿基米德原理

2020-09-03 00:00 来源:科技日报

  塑料小船漂浮在悬浮液体的上下表面。图片来源:《自然》在线版

  英国《自然》杂志2日发表一项重磅物理学研究:欧洲科学家团队报告了一种在悬浮液体层下面反向漂浮的迷你船,展现了如同重力倒转般非比寻常的浮力。这项观察挑战了人类对于“液体—空气界面”的直觉理解,有助于未来进一步研究液体边界行为,并对流体材料研究领域具有重要的现实意义。

  在重力的作用下,容器(如烧瓶)中的液体通常会落至容器底部。但是在特定情况下,垂直振动液体可以浮于某低密层(如空气层)之上。

  此次,法国巴黎高等物理化工学院、巴黎文理研究大学、法国国家科学研究中心、朗之万研究所科学家团队在理论上进行预测并在实验中证明,这种垂直振动还可以使浮力在悬浮液体的下层发生反转——如同重力倒转。

  在实验中,他们向容器内注入液体(如硅油或甘油),接着垂直振动容器,将空气注入容器底部,直到液体开始悬浮。像模型船这样的物体,便可在悬浮液体的下表面反向漂浮。

  研究团队解释说,垂直振动引发了这种明显的反重力效应。不仅如此,他们还发现液体下部的空气气泡会下沉而不是上升,这是一种在之前实验中观察到的相关的反重力效应。

  研究人员的观察结果违反了阿基米德原理,即浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力,其大小等于物体所排开液体的重力。他们认为,这种浮力会映射在悬浮液体层的下界面,并使用同时浮在悬浮液体层上层和下层的两只塑料小船证明了这一点。

  在论文发表时随附的新闻与观点文章中,新西兰奥克兰大学弗拉迪斯拉夫·索罗金等科学家表示,这一成果并不仅仅只是一种“海上奇景”,这种现象还将在气体或流体运输方面具有实际应用意义。

  总编辑圈点

  人类很早就会利用自然界的很多原理,但起初只是无意识地应用它们,经科学家分析、研究这些现象后,才会据此生产出各种产品服务于人类,甚至再制造出“推翻”这一原理的现象,让应用更上一层楼。就像浮力,人们司空见惯,阿基米德定律已让我们充分理解了空气浮力、液体比重、排水量甚至积云对流。那么现在,反转浮力则刷新了人们的认知,在未来,其或将对航天领域重要的空间流体科学产生一定的影响。

(责任编辑:王蔚)

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