臺灣國際科展

關於渦旋〈二〉

科展類別
臺灣國際科展
屆次
2003年
科別
物理科
學校名稱
臺北市私立再興高級中學
指導老師
張東勇、林准儂
作者
王啟倫、王啟芸
關鍵字
渦旋,冷凝過程

摘要或動機

在做這實驗之前,我花了很長一段時間思考一個問題:我如何能得到同\r
樣大小(均勻)的水珠陣列?我在家中各個角落放置許多水瓶,看看哪\r
個地方能培養出顆粒相同的水珠? 往往肉眼見到整齊排列的水珠,一經\r
顯微鏡觀察,可就大小不齊整了。\r
第一篇中的實驗,幾乎是「水珠日記」,記載冷凝過程;其中我特地比對\r
「穩定的水蒸氣氣流」與「擾動的水蒸氣氣流」、「水蒸氣氣流與凝結盤\r
間溫度差別」、「凝結盤密度差別」、「凝結因子的重量百分濃度差別」、「水\r
蒸氣氣流之流速差別」,並加以複合比對。希望能找到產生均勻排列的條\r
件–探討水分子的自我組裝機制(Self Mechanism of Water Droplets)。\r
這其中提出『均勻假說』: 當條件合宜時,冷凝下降的細微水珠會產生\r
free vortex ring,形成整齊的渦環組合,進而產生均勻排列的細微水珠陣\r
列。\r
實驗是藉由溶液密度小於水的設計,讓水蒸氣冷凝於液面上,並且因密\r
度較大而下沉。設計的要點是:儘量減少細微水珠自冷凝後的堆疊\r
(coalescence),以呈現水珠原貌。\r
在第二篇實驗中,將對渦旋比例尺修正。渦旋本身難測大小,在空氣中\r
也不易觀察,但是若由水中觀看,可藉由空氣蕊長短估算。這次更進一\r
步考慮到排水速率、水深、排水口形狀、與極值。\r
\r
I have tried to ask a famous math professor if he can create a formula\r
describing the ordered array of water droplets。〝Then, I should study Physics\r
first !〞He said。\r
Condensation is the thing we live with , being found everywhere, passing\r
without notice。But we never know0 when it does start?\r
This experiment presented here is actually the diary of the growth of water\r
droplets through condensation。Through convection and vortex ring, it\r
discusses the self assembly mechanism of water droplets and peep into the\r
uniformity of the size of water droplets。\r
Here, vortex ring plays an important role in the self assembly mechanism of\r
water droplets which is not triggered in the daily life。\r
By coalescence, water droplets grow bigger, but are not round again。We used\r
the polymer film as template and designed the solution lighter than water, so\r
the minute droplets will sink to the bottom and layer by layer。After seconds\r
we may have multilayers of ordered array。\r
This is the first step in discovering the uniformity of water droplets, besides, I\r
made some correction to the Vortex-Ruler。Vortex-Ruler will be useful in\r
researching the flying mechanism of butterfly and dragonfly as to judge\r
which one induces more vortices。


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