不可思议!物理学家进行反重力+反浮力实验,让液体悬空、小船倒立漂浮

不可思议!物理学家进行反重力+反浮力实验,让液体悬空、小船倒立漂浮

如果不是亲眼所见,你或许很难相信这一事实:一艘小船居然能在悬空的液体下方倒立漂浮。这完全挑战了阿基米德原理。

本周,来自法国巴黎高等科学学院(ESPCI Paris)的科学家发表在《自然》(Nature)杂志上的一项研究中描述了这个有趣的实验。

通常,密度较大的液体会下沉到容器底部。这就是油浮在水面上的原因。即使你先把一层油倒进一个容器里,然后小心地在上面加水,密度较大的水也会逐渐下沉到底部。但是在特定情况下,垂直振动液体可以使之浮于某低密层(如空气层)之上。法国巴黎高等科学学院的科学家们表明,这种垂直振动还可以使浮力在悬浮液体的下层发生反转——仿佛重力倒转。

领导这项研究的伊曼纽尔·福特(Emmanuel Fort)教授萌生这个想法始于他听到一个关于卡皮察(Kapitza)钟摆的演讲。这个钟摆是以俄罗斯物理学家Pyotr Kapitsa的名字命名的,他在1951年描述了如果钟摆以正确的频率上下振动,它将会无限期地保持直立状态。

福特教授突然灵机一动:“或许我们可以让液体悬空。”

但如果液体层是水行不通,因为水很容易泛起涟漪,变得不稳定。不过如果是比更稠的甘油和硅油或许可以,因为较高的粘度可以抑制波纹。

不可思议!物理学家进行反重力+反浮力实验,让液体悬空、小船倒立漂浮

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。

这种振动大约每秒100次,导致注入液体的气泡向下推,在悬浮的液体下面形成一个气垫。振动还产生了稳定的压缩节奏,使悬浮的液体保持完整。当液滴开始形成时,空气向上的力量将液滴推回到水层中,使其保持完整。

另外,由于液体的重量,悬浮层下面的空气密度更大,而更大的空气将船向上推入液体中,抵消了向下的重力。

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。

这项“反转浮力”的实验观察,挑战了人们对于液体-空气界面的直觉理解,或有助于未来进一步研究液体边界行为。

《自然》同期发表同行专家观点文章指出,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。

【编译/前瞻经济学人APP资讯组】

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