《Nature》:悬空的液体

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  这篇新鲜出炉的《Nature》论文标题“Floating under a levitating liquid”直译就是“漂浮在悬空的液体下”,这可真不是标题党。


漂浮在懸空的液体下的小船

  法国巴黎文理研究大学(PSL)的Emmanuel Fort教授研究组成功地让0.5升的液体(硅油或甘油)悬浮在空气上方,并且让一艘模型船以上下颠倒的方式在液体下方漂浮。效果如图:
  实现这个反常识的现象靠的是——振动。
  对液体持续施加垂直方向的特定高频(100 Hz或更高)振动,就能让液体漂浮在气体上方。但频率的最高值受到法拉第不稳定性(Faraday instability)的制约。根据法拉第不稳定性原理,当频率超过一定值液体就会形成一定的图案,从而不再连续,空气就会“泄漏”。采用硅油/甘油这种黏度较大的液体就可以提高最终频率。
  实验装置结构如图a所示,有机玻璃容器放在垂直振荡器上,空气通过长针头注入到硅油/甘油液体底部,随着施加垂直方向的高频振动,液体就会逐渐悬浮起来(图b)。图c和d表示频率和悬浮效果之间的关系。而且,类似操作还可以实现两层相互独立的悬浮液体(图e)。
  这项研究也有诸多潜在的应用价值,例如:“无容器”的液体反应;通过振动频率控制气泡在液体中移动从而调控气相和液相的反应;控制物质在液体中的输运(矿物浮选等工业过程)。


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