火焰旋风-一个旋转的火柱

3月14日

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火焰龙卷风

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这是最美丽的科学演示之一,总是给人留下深刻的印象。

如果你在转盘的中心点上火,旋转转盘什么都不会发生,但如果你在火周围旋转一个网状圆筒,就会发生相当奇妙的事情。

火焰龙卷风

发生了什么事?

火加热了周围的空气,空气膨胀,密度降低,向上漂浮,这就是火焰向上移动的原因。当热空气向上漂浮时,冷空气从两侧进入。如果你在火周围加一个网格并旋转它,那么进入的空气就会被迫缓慢旋转。

火焰 纺网
热空气从火上方升起,从两侧吸入冷空气 如果空气必须通过旋转网进入,那么它也被迫旋转

当空气靠近中心时,它旋转得更快,导致火焰以一种相当美丽的方式旋转。

火焰龙卷风
随着空气的进入,它旋转得越来越快

为什么空气旋转得更快?

滑冰运动员做快速旋转或“旋转”时也会产生同样的效果。开始时,它们的重量尽可能地分散开来,使它们旋转得很慢。虽然他们旋转得很慢,但滑冰者的四肢实际上移动得相当快。当滑冰者把所有的重心都移到中心时,它移动的距离就更短,所以它旋转的时间就更短。而且他们所付出的努力克服了离心力实际上加速了它们。

溜冰者缓慢 滑冰者快速旋转
当滑冰者开始旋转时,他们会把重心分散开来 然后他们把体重移到中心加速

为什么火焰越升越高?

当空气开始旋转时,有两种影响导致火焰生长。

空气在燃料上移动得更快,所以更多的燃料蒸发了,所以火焰中有更多的燃料,但这不是全部,如果你向火上吹气,火焰会变长一点,但不是4-5倍。

但是当空气旋转时,它很难向内移动,因为离心力一直有效地将空气向外抛射。这减慢了空气和氧气到达燃料的速度,从而减慢了燃料燃烧的速度。这意味着它需要更长的时间来燃烧,所以在燃烧完成之前它会升得更高。缺氧也意味着燃料不能完全燃烧,所以它也会产生大量的黑烟。

火焰离心力
离心力意味着空气和燃料很难混合,从而减慢了燃烧速度

这个实验和飓风有什么关系?

飓风的工作原理与此非常相似,一片海洋被太阳加热,这加热了海洋上方的空气,使其膨胀并向上漂浮(你也会得到大量的水蒸发,形成水蒸气,水蒸气也漂浮在空气中)。这将空气从两侧吸进来,如果上升流足够大,它将从数千公里外吸进来。因为地球在旋转,所以空气也在旋转,所以当它向内移动时,它旋转得越来越快,直到风速达到200公里/小时以上,你就会有一场破坏力极大的飓风。

飓风中的对流 飓风旋转
一片热海使空气升温并向上漂浮,吸引数千公里外的空气。 这种空气在旋转,因为地球在旋转,所以当它向内移动时,它旋转得越来越快,形成了飓风。

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