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Marangoni效應(yīng):智能液體會(huì)走迷宮
來(lái)源:酷炫科學(xué) 瀏覽 720 次 發(fā)布時(shí)間:2022-10-24
我終于找到了有智能的液體,還教會(huì)了它走迷宮!(此處嚴(yán)重誤)
其實(shí)是一個(gè)有關(guān)表面張力的實(shí)驗(yàn),幾年前看到的時(shí)候就覺(jué)得很有趣,所以也自己實(shí)際試驗(yàn)了一下。效果遠(yuǎn)不能說(shuō)完美,不過(guò)大體確實(shí)也有那個(gè)意思了。大家先來(lái)看看視頻的效果,后面有解釋。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)里的迷宮是在一塊大橡皮上用雕刻刀挖出來(lái)的,里面預(yù)先加的白色液體是牛奶。牛奶換成水應(yīng)該也有同樣的效果,原實(shí)驗(yàn)選擇它主要也是為了能看得更清楚。
玄機(jī)主要在于后面滴加的染色液體上。可以看出,這個(gè)液體加到迷宮起點(diǎn)之后是會(huì)自動(dòng)選擇“正確的道路”來(lái)前進(jìn)的。雖然液體加太多之后會(huì)溢出到其他死胡同的方向,但是液體前端剛剛到達(dá)分岔路的時(shí)候,可以明顯地看到一個(gè)選擇性拐彎的趨勢(shì),就像下面的動(dòng)圖這樣:
實(shí)現(xiàn)這個(gè)效果的關(guān)鍵就在于不平衡的表面張力。滴入的色素液體是一種表面張力更低的液體。此處為了降低表面張力,我在其中加入了酒精。而牛奶主要成分都是水,表面張力會(huì)比較高。
低表面張力的液體滴到高表面張力的液體當(dāng)中,由于表面張力不平衡,就會(huì)帶動(dòng)液體向表面張力高的一邊流動(dòng),這種現(xiàn)象被稱為Marangoni效應(yīng)。因?yàn)槲业瘟吮容^多的液體進(jìn)去,藍(lán)色液體前進(jìn)的動(dòng)力肯定不只是表面張力,但這個(gè)因素對(duì)液體“選路”非常重要。
隨著流動(dòng)和擴(kuò)散,藍(lán)色部分的周?chē)矔?huì)形成一個(gè)表面張力的漸變梯度:靠近藍(lán)色液體的部分雖然看起來(lái)還是白色,但也不是純粹的牛奶了,而是混入了低表面張力的成分。越靠近藍(lán)色部分表面張力會(huì)變得越低,越遠(yuǎn)處受影響越小。
這個(gè)梯度的存在就會(huì)讓迷宮各條道路出現(xiàn)差異:正確的道路盡頭總是離藍(lán)色液體最遠(yuǎn),所以這個(gè)盡頭依然保持著比其他地方更高的表面張力。表面張力的差異越大,液體流動(dòng)的動(dòng)力越大,因此液體就會(huì)更傾向于流向“正確的方向”,看起來(lái)就像是學(xué)會(huì)了走迷宮。
之前畫(huà)的一個(gè)示意圖:
理論上說(shuō)有表面張力差異就會(huì)導(dǎo)向這個(gè)結(jié)果,但實(shí)際上要想現(xiàn)象好看也不太容易。我配的這個(gè)液體如果只靠表面張力帶動(dòng)會(huì)流動(dòng)比較慢,所以多加了一些,但是這樣就會(huì)有些藍(lán)色液體溢出到其他不正確的分支里面。原實(shí)驗(yàn)說(shuō)是加了肥皂水之類的表面活性劑,不過(guò)我沒(méi)有進(jìn)行這方面測(cè)試。
不是特別推薦的一個(gè)實(shí)驗(yàn),做起來(lái)挺麻煩的,我開(kāi)始單是思考如何做一個(gè)不漏水又不太浪費(fèi)牛奶的迷宮都想了好久……不過(guò)看看倒還算有趣。原版效果可以看這里→動(dòng)圖欣賞:肥皂水也會(huì)走迷宮?