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Marangoni效应:智能液体会走迷宫

招财猫开奖网站 www.betterbodygear.com 来源:酷炫科学 浏览 621 次 发布时间:2022-10-24

我终于找到了有智能的液体,还教会了它走迷宫?。ù舜ρ现匚螅?

其实是一个有关表面张力的实验,几年前看到的时候就觉得很有趣,所以也自己实际试验了一下。效果远不能说完美,不过大体确实也有那个意思了。大家先来看看视频的效果,后面有解释。

这个实验里的迷宫是在一块大橡皮上用雕刻刀挖出来的,里面预先加的白色液体是牛奶。牛奶换成水应该也有同样的效果,原实验选择它主要也是为了能看得更清楚。

玄机主要在于后面滴加的染色液体上??梢钥闯?,这个液体加到迷宫起点之后是会自动选择“正确的道路”来前进的。虽然液体加太多之后会溢出到其他死胡同的方向,但是液体前端刚刚到达分岔路的时候,可以明显地看到一个选择性拐弯的趋势,就像下面的动图这样:

实现这个效果的关键就在于不平衡的表面张力。滴入的色素液体是一种表面张力更低的液体。此处为了降低表面张力,我在其中加入了酒精。而牛奶主要成分都是水,表面张力会比较高。

低表面张力的液体滴到高表面张力的液体当中,由于表面张力不平衡,就会带动液体向表面张力高的一边流动,这种现象被称为Marangoni效应。因为我滴了比较多的液体进去,蓝色液体前进的动力肯定不只是表面张力,但这个因素对液体“选路”非常重要。

随着流动和扩散,蓝色部分的周围也会形成一个表面张力的渐变梯度:靠近蓝色液体的部分虽然看起来还是白色,但也不是纯粹的牛奶了,而是混入了低表面张力的成分。越靠近蓝色部分表面张力会变得越低,越远处受影响越小。

这个梯度的存在就会让迷宫各条道路出现差异:正确的道路尽头总是离蓝色液体最远,所以这个尽头依然保持着比其他地方更高的表面张力。表面张力的差异越大,液体流动的动力越大,因此液体就会更倾向于流向“正确的方向”,看起来就像是学会了走迷宫。

之前画的一个示意图:

理论上说有表面张力差异就会导向这个结果,但实际上要想现象好看也不太容易。我配的这个液体如果只靠表面张力带动会流动比较慢,所以多加了一些,但是这样就会有些蓝色液体溢出到其他不正确的分支里面。原实验说是加了肥皂水之类的表面活性剂,不过我没有进行这方面测试。

不是特别推荐的一个实验,做起来挺麻烦的,我开始单是思考如何做一个不漏水又不太浪费牛奶的迷宫都想了好久……不过看看倒还算有趣。原版效果可以看这里→动图欣赏:肥皂水也会走迷宫?