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02 沙漏下落速度的规律——颗粒流的性质 [复制链接]

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银光图片
02 沙漏下落速度的规律——颗粒流的性质

沙漏由上下两个封闭的玻璃空腔构成,里面装有光滑的玻璃微珠,微珠本质上就是平平无奇的小球,但是微珠聚集在一起就构成了一种全新的形态,他们可以像液体一样流动,又可以像固体一样静止,即颗粒流。



如果沙漏的脖子比较细,可能会形成拱形结构从而堵住沙漏,左右晃动沙漏可以破坏拱形结构,从而加速沙漏的下落速度。这便能解释“雪崩之下没有一片雪花是无辜的。”因为微小的扰动可以让雪花颗粒流动从而形成雪崩。



沙漏下落速度符合Janssen定律和Beverloo定律。Janssen定律指出当颗粒高度增大到一定程度,压力就不再变化了,即装有颗粒的圆柱筒底部的压力与堆积高度几乎无关。



而Beverloo定律得出颗粒通过系统的流量公式,公式中的几个数都是定值,所以沙漏下落的速度可以认为是匀速的。



而在慢镜头在观察沙漏中沙子的下落过程,可以发现沙子的下落不是均匀的,而是波动的。



法国科学家测量了沙漏中落下沙子的重量随时间如何变化,结果表明是阶梯状增加的。所以沙漏是一股一股下落的。而每一股的时间大致是个常数,所以沙漏和秒表计时的本质都是一下一下跳跃的。



实际上,沙漏中沙子在下落时,上层空气体积膨胀,压强降低,下层空气体积减小,压强增大,正是这个微小的压力差(大小约为几十Pa),使得沙漏下落减速了。随后上下气体重新连通,压差消失,所以沙漏加速,一加速又形成压差,又减速,反复如此。即,沙漏独特的性质来自于下落的颗粒流与上升的空气流之间的耦合。



在我们熟知的所有物理量中,时间无疑是最神秘的。沙漏是用来表征时间连续流淌的,但在微观量子力学的尺度下,时间本身是否连续,仍旧是未知数。

——本文摘自毕导的视频。
图片 6.png (, 下载次数:0)

(2024/11/6 16:50:47 上传)

图片 6.png

最后编辑杨速 最后编辑于 2024-11-06 16:50:47
本主题由 管理员 金亚军 于 2024/11/6 19:15:42 执行 设置精华/取消 操作
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这个科普很有价值!
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可以给孩子们看一看这个视频,但是建议进行剪辑后再给孩子们看,中间还是有1-2分钟不太合适的,不建议直接给孩子们看全部内容
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02 沙漏下落速度的规律——颗粒流的性质

沙漏由上下两个封闭的玻璃空腔构成,里面装有光滑的玻璃微珠,微珠本质上就是平平无奇的小球,但是微珠聚集在一起就构成了一种全新的形态,他们可以像液体一样流动,又可以像固体一样静止,即颗粒流。

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如果沙漏的脖子比较细,可能会形成拱形结构从而堵住沙漏,左右晃动沙漏可以破坏拱形结构,从而加速
杨速 发表于 2024/11/6 15:16:32
从这张质量和时间的关系图看,沙漏中的沙子下落的速度,接近正比例函数。即沙子下落速度大致上是匀速的。另外爱因斯坦的相对论中说:时空是一体的,物重和能量也是一体的,质量的改变光速的平方倍等于能量改变。
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这个up主我关注过
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很好的一个科普!课上可以给孩子们看一下
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感谢科普,给人豁然开朗的感觉,
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有视频链接吗?
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沙漏要匀速,应该需要一个前提,沙粒颗粒大小均匀,如果有粗细,流速会有快慢的吧。
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专业
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这个现象的研究很有意思。
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作业本中很突兀的有着道题目,孩子们很疑惑,正好这视频能帮我们解惑
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已经找到同款视频,准备给孩子们科普下
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可以作为课外知识补充,有学生问过的,为啥沙漏的速度是均匀的~
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在计量时间单元可以给孩子们看,让孩子了解更多计时的工具
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课外知识拓展!
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学生对生活中的常见事物的运作规律和原理还是挺感兴趣的~
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沙漏的原理还真没有仔细想过
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02 沙漏下落速度的规律——颗粒流的性质

沙漏由上下两个封闭的玻璃空腔构成,里面装有光滑的玻璃微珠,微珠本质上就是平平无奇的小球,但是微珠聚集在一起就构成了一种全新的形态,他们可以像液体一样流动,又可以像固体一样静止,即颗粒流。

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如果沙漏的脖子比较细,可能会形成拱形结构从而堵住沙漏,左右晃动沙漏可以破坏拱形结构,从而加速
杨速 发表于 2024/11/6 15:16:32

最后得出结论,采段数值很关键,可能匀速可能有变化,以我们的肉眼观察则是匀速
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回复 14楼吃草小羊的帖子

感觉很有意思,能不能分享下链接。
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这个原理有意思,可以研究
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学习新知识,感想分享
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这个up主的视频很有意思,研究特别深入
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太好了,可以给学生们科普一下
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感谢科普
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回复 1楼杨速的帖子

貌似有点像把满瓶水瓶口竖直朝下倒水一样,空气进去水出来空气进去水出来,一段一段的
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时间是不存在的。只是人的错觉。
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感谢科普,这个视频放在课外拓展非常棒
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很好的科普!
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