新西伯利亚国立大学专业教育中心通过实验解释了“浮碟”状态

一个中心有孔的金属圆盘,放在盛有水的容器中会下沉。但是如果圆盘中心有水流垂直流入,那么它可以保持漂浮状态。新西伯利亚国立大学专业教育中心11年级学生玛丽亚·布达的论文对这一现象进行了研究解释,也在国际学生科学大会(ISSC)“少年物理学家比赛”分组赢得了胜利。新西伯利亚国立大学以及专业教育中心物理数学副博士、物理系副教授尤里·巴什卡托夫和新西伯利亚国立大学专业教育中心毕业生、曾参加青年物理学家比赛的尼基塔·沙罗夫担任导师。

“在整个学年中研究一直在积极地进行着:一切从对现象的观察开始,再到查阅文献、研究理论的阶段。这项工作的结果是一个基于理论和经验计算的模型,该模型可以预测圆盘不会下沉的条件。”女同学说道。

在实验过程中还创建了一个试验装置,可以调节入射水流的参数。为了进行试验,用各种材料制作了不同尺寸的圆盘。在试验装置的帮助下可以研究水跃(当液体从平静状态转为汹涌状态时,水位的突然上升)等现象在圆盘上的形成及其参数。此外,根据上面描述的力,并且考虑中心孔的影响,可以对给定实验条件下圆盘浮动的参数进行理论预测。在这种情况下,所设计的模型与实验结果非常吻合。

研究表明,使圆盘上浮的主要因素是圆盘下的液体压力由于液柱额外压力的影响而增加。这种额外压力由水跃形成。这种压力作用在圆盘的下表面上,可以补偿重力和从上方落下的射流产生的动力。另一方面,中心孔的作用是降低射流的有效流速,这在解决方案中也被考虑到了。

“今年的比赛真的有很多有趣的题目,但是这个不沉的圆盘很快就吸引了我。这可能是由于在以前的比赛中,我也解决了与流体力学有关的问题,选择这个任务除了喜好外,也希望更好的解决这个领域的问题。”玛丽亚说道。