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血栓、汤圆、打水漂……这些事竟然都跟流体力学相关!

来源:光明网2023-02-08 16:44

  物理知识与我们的生活息息相关,2月5日恰逢元宵佳节,《张朝阳的物理课》继续开讲,带网友们一起科学庆元宵。张朝阳分享了物理中力学的一个分支——“流体力学”,还科普了血栓、吃汤圆、赏满月、打水漂等日常生活中的物理知识。

血栓、汤圆、打水漂……这些事竟然都跟流体力学相关!

  别让血管“栓”住详解血栓背后的物理原理

  现场,张朝阳讲解了流体力学的基础知识,从静止理想流体到稳恒理想流体,再到黏滞流体,都进行了详细的推演,并从数学上严格证明了阿基米德浮力定律和伯努利原理。

  推导完理想流体后,张朝阳介绍了黏滞阻力,并通过将黏滞效应导致的体力密度添加进欧拉方程得到流体力学的基本方程——纳维-斯托克斯方程(简称NS方程)。NS方程是七个千禧年大奖难题之一,其在人体血管中的特殊应用由法国医生发现,又命名为泊肃叶定律。

  在NS方程基础上,他又计算得出血流量和半径四次方成正比,与压强梯度正比,并且血越稠血流量越低,对半径更敏感。假如血管堵了10%,损失血量为30%到40%,这时心脏需要承担更大的工作量,负荷更大的压力。

  由此,张朝阳解析了为什么血管堵塞心脏负担大:血管遍布人们全身,帮助维持血液以及营养成分正常的功能运转。心脏负责给全身供血,血管堵塞,血液流通慢,将影响正常的血液循环,也给心脏造成巨大的负担。据资料数据显示,全球每16秒就有一人患静脉血栓栓塞性疾病,每37秒就有一人死于该病。张朝阳建议大家日常多吃青菜水果,少吃胆固醇高的食品,以保持血管通畅,守护自己的心血管健康。

  为何兔年元宵的月亮很“迷你”? 原来汤圆馅是一种非牛顿流体

  现场观众提了一个涉及流体力学的趣味问题——生活中如何打出完美的水漂?张朝阳建议,打好水漂需要注意速度、角度和保持旋转,“石片飞向水面的角度,关系到石片受到水面“反弹”的力的大小。另外,必须让石片旋转起来,根据角动量定理,旋转的物体能更好地保证方向稳定。”

  硬核推导结束后,张朝阳分享了与元宵节相关的物理知识。比如,人们可以吃到汤圆是因为汤圆的黏滞系数较大,同时黏滞系数和温度有关,而汤圆的馅是其实是一种非牛顿流体。课后,关于“黑芝麻馅是不是非牛顿流体”引发了网友们线上热聊。

  今年元宵夜迎来年度最小满月,十分难得。为什么会存在大满月和小满月?对此,张朝阳现场作图进行了科普:首先只有当地球大致处于月球与太阳的连线附近时人们才能看到满月,其次,月球的绕地轨道不是严格的圆形,而是椭圆形,因此有近地点与远地点之分。如果满月的时候月球恰好处于近地点,月亮就会显得比较大;如果满月的时候月球恰好处于远地点,月亮就会显得比较小。

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