最佳流體運動作品：肥皂膜上泛漣漪似蝴蝶(圖)

2010年02月03日 10:31  新浪環球地理

　　新浪環球地理訊 北京時間2月3日消息，美國國家地理網站刊登了一組圖片，均是美國物理學會最近舉行的年度流體運動作品展獲獎作品。這些獲獎照片和圖片呈現的景象包括泛起漣漪的肥皂膜、畸形的氣泡、油滴與酒精形成的倒置酒杯形狀以及馮·卡門渦街現象。

　　1.肥皂膜上泛起漣漪



肥皂膜上泛起漣漪(圖片提供：Teis Schnipper, DTU, via APS)

　　照片展示的是肥皂膜上泛起的漣漪，讓人不免聯想到手持風扇產生的氣流。在美國物理學會(以下簡稱APS)最近舉行的流體運動作品展上，這幅作品榮獲年度最佳作品大獎。為了拍攝這幅照片，丹麥科技大學的一支小組在肥皂膜上方拍打一個金屬薄片形成微風，讓肥皂膜的流動呈現出「美麗的蝴蝶形狀」。

　　每一年，APS流體動力學分部都會在年會期間舉行流體運動作品展。APS網站稱：「這場展覽為人們呈現了計算性或者實驗性研究過程中獲得的令人吃驚的圖片和視頻，它們展示了奇妙的流體流動現象。」

　　基於藝術性、原創性以及傳遞信息的能力，評委會挑選會最傑出的參展作品。獲勝者名單刊登在《流體物理學》雜誌上。2009年11月22日至24日，這幅照片以及下面其它4幅獲獎作品在明尼阿波利斯會議中心展出。

　　2.畸形的氣泡



畸形的氣泡(圖片提供：Cavitation Lab, SPMS Nanyang Technological University, via APS)

　　APS評出的2009年年度最佳流體運動作品共有5幅，這幅由新加坡南洋理工大學拍攝的照片便是其中之一。圖片中的氣泡由於撞擊彼此的鄰居呈現出畸形，25個氣泡是利用激光脈衝在流體中同時產生的。

　　在這種排列方式下，中部氣泡內的氣壓與周圍流體幾乎相同，這就允許氣泡在破裂前變得更大。但由於周圍流體壓力更大，外部氣泡幾乎立即破裂。這幅照片是在施加激光脈衝6微秒后拍攝的，拍攝時邊緣氣泡已經開始破裂，中部氣泡也幾乎達到所能達到的最大體積。

　　3.油滴與酒精形成的倒置「酒杯」



油滴與酒精形成的倒置「酒杯」(圖片提供： R. R. La Foy, J. Belden, A. M. Shih, T. T. Truscott, & A. H. Techet via APS)

　　APS 2009年年度最佳流體運動作品之一。圖片中，一個直徑3毫米的油滴遭遇外用酒精，形成倒置的酒杯形狀。這幅照片由麻省理工學院的一支小組拍攝，利用光線從兩側照射油滴形成我們現在看到的景象。

　　油和酒精讓光線發生偏向的程度存在差異，因此油滴邊緣顯得更為明亮。由於油的密度高於外用酒精，油滴得以穿過酒精並在此過程中形成這種與眾不同的形狀。與此同時，油又可以在酒精中溶解，因此油滴會在下落過程中慢慢消失蹤影。

　　4.馮·卡門渦街現象



馮·卡門渦街現象(圖片提供：Jens Kasten Christoph Petz Ingrid Hotz Gilead Tadmor, Bernd R. Noack, Hans-Christian Hege via APS)

　　這幅兩維電腦合成圖片是APS 2009年年度最佳流體運動圖片之一，所呈現的景象讓人聯想到從空中看到的河谷。實際上，它是一張圖解，用來描述所謂的馮·卡門渦街現象。這種現象以匈牙利空氣動力學家西奧多·馮·卡門渦街的名字命名。

　　當氣流在一個物體周圍流動時，馮·卡門渦街便會出現，氣流會在物體後方分裂成一系列尾流和旋渦。圖片中的這個物體是一個中空圓柱。這幅圖片由柏林祖斯研究所、柏林理工學院以及東北大學的科學家製作。他們表示，藍紫色區域是尾流相遇的地方，紅色區域內的氣流將隨後分裂。

　　5.翼尖旋渦



翼尖旋渦(圖片提供：Harris, Miller & Williamson via APS)
　　APS 2009年年度流體運動作品展獲獎作品，以圖片的方式展示現代飛行面臨的其中一個風險——翼尖旋渦。飛行中，飛機的翼尖會形成一對以相反方向旋轉的旋渦——循環氣流形成的氣阱，對飛機機翼施加向下的力。當飛機靠近地面時，這些最初的旋渦能夠形成二次旋渦，對其它處于飛行狀態的飛機構成潛在危脅。

　　目前，康納爾大學的一支研究小組已經研發出一項新技術，能夠讓這些看不見的旋渦顯現出來。具體是指利用一對扁平物模擬飛機機翼，在地面挖一個染料池，而後利用激光讓氣流旋渦發光。在這幅圖片中，紅色圓環代表最初的旋渦，螢光綠圓環則代表二次旋渦。圖片下半部的映像是地面發生反射所致。(孝文)