从本质上看自然界有哪些能量(你所不知道的水)
大海的蔚蓝和广阔,让每一个人都想投入它的怀抱。作为地球上最多的物质水。对,我们每天都需要的水。你或许知道它背后蕴藏着惊人的能量,是的,但那是在特殊情况下,比如重水电解后得到的氚,作为核聚变的原料。但你是否知道它在我们的生活中也藏着威力强大的一面!电视里我们见过徒手破啤酒瓶的精彩表演,这惊奇的表演,演员是怎样做到的呢?它的后面隐藏着怎样的物理知识呢?我们常常会看到演员会往瓶中加入水,然后用力击打瓶口,瓶底顺势而破。而未加人水的瓶,无论用多大的力去击打,其瓶底都不会被击破。
难道是这瓶中的水将瓶底击破的吗?是的!没错!是水将瓶底击破的,不是演员那只用尽全力的手。而水又是如何做到的呢?演员在击打瓶口后,瓶底的水又究竟发生了什么变化?看下图。
看见了吧!瓶体在冲击力的作用下急速向下运动,让瓶底上部的水,瞬间长出了许多气泡,然后气泡急速破裂收缩,使气泡上部的水迅速向下移动,将瓶底击破。这些气泡是什么?它是如何产生的,又为何具有这么大的能量将瓶底击破?其实这些气泡又叫空泡,是水蒸气。我们都见过水烧开时那沸腾的气泡吧,那也是水蒸气,但那是在100°时产生的,而瓶中的水却是常温,为何也会产生气泡呢?这就要引入另外一个概念了,压力。
可以看出,当压力降低后,水的沸点温度也降低了,这就是瓶中处于常温的水也会产生气泡的原因。当压力急剧降低时,水立刻产生气泡,当压力恢复时,气泡周围的水会急速向气泡中心移动,气泡破灭产生巨大能量。而这一切是在百分之一秒的时间内产生和结束。时间之短,能量之大,不得不令人折服。
这一现象在轮船高速旋转的螺旋桨,水利工程中的排水渠道,及输水管道中都会存在。空泡破裂时,对其旁边的物体造成冲击,在众多气泡破裂时,释放的能量是巨大的,对设备造成的损坏也是巨大。或许某天你在游船上享受着温暖的阳光和美丽的大海时,而你所乘坐的游艇的螺旋桨正在接受着无数空泡破裂所造成的冲击,让它一点点被侵蚀掉。这一现象有一个专业术语“气蚀”。
气蚀在水管的阀门,堤坝的泄洪通道都会出现,其结果是阀门和通道的损坏。
在军用舰船以其先进的功能性船舶的螺旋桨上为了避免或减少气蚀,常不会选择将螺旋桨直接暴露在水中,而在其外围加上一个锥形的外壳,当螺旋桨转动时,让处于叶轮处的压力升高,提高水的沸点,从而减少空泡的产生,减少气蚀的发生对螺旋桨造成损坏。
空泡产生破裂对设备能造成巨大的损坏,但这种现象有其有利的用途的吗?当然事物都具有其两面性,其有利的方面也表现的其为突出,化工换热器的积垢清洗一直是个困扰化工企业的难题,利用空泡破裂所产生的巨大能量,对设备表面的积垢进行清除,其清洗效果显著。
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