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枪虾合个钳子将水汽化后的周围温度真的有太阳表面温度那么高吗? 第1页

  

user avatar   huan-xing-ju-chang-xian-ren-fu-ze-ren 网友的相关建议: 
      

你阿嬷家种的香蕉能放射出反粒子,信不信?

真事:

凡此种种,诸如像“枪虾放出的气泡能达到太阳的表面温度”之类的,乍看起来相当耸人听闻的知识其实倒不一定就是假的,但你确定它说的“温度”和你理解的温度一样吗?这里面能耍的花头可多了

80°C的水炖牛肉都炖烂了,100°C的桑拿房里一屋子老汉能待个把钟头(口嗨了抱歉,干蒸桑拿房一般也就80°C),这是粒子密度带来的差别

700°C的铅水能把香肠融了,800°C的铅水伸根指头进去毫发无损——只要你拿出来得够快(正常人都能达到这一速度,流言终结者曾经亲手做过实验),这是温度持续时间带来的差别

所以,“枪虾产生的气泡能达到太阳表面温度”的说法是怎么来的?

唔嗯,“空穴现象”(cavitation)的确是存在的:当物体表面的液体受到的压力急剧减小时,液体会瞬间蒸发形成气泡核,进而形成气泡;但气泡内的饱和蒸气压相较周围的液压太小,于是气泡马上就会被挤碎;当气泡最终被压成一个点时,液体相互碰撞,朝外发出一道冲击波,这便是空穴破坏力的由来了

快速旋转的螺旋桨表面也会形成空穴,这会侵蚀螺旋桨的叶片


枪虾叩击的高速摄影(右)及叩击时水压随时间演化的图像(左),曲线上选取的3个点在右图中对应3个特殊时刻。可以注意到气泡收缩至最小时压力达到峰值

不过目前有关文献研究的都是枪虾射击过程中的动力学模型,似乎没什么人关心这“太阳表面的高温”。事实上,提到这点的只有一篇2001年发表在nature上的一篇论文,而且文中对此事也就加了个引用一笔带过,本人怀疑论文作者就是想搞个大新闻而已(笑)

生物部分就此结束,下面进入物理环节




没有人真正测过虾泡泡的温度,这个4700°C高温的结论来自引用中的另一个研究:用超声波辐照金属盐溶液,使之产生声致发光现象并检测气泡内的温度

测温原理十分简单,就是我们中学接触过的焰色反应:特定金属的电子在受热后会进入激发态,并在回到基态时放出特定波长的光,其光强与加热温度相关联。该实验中的溶液使用硅油或辛醇作为溶剂,还要注入过饱和的稀有气体以及少量混合烃,很明显你不能指望有哪只地球原产的虾子能在这种环境里活着打一发手枪

忽略空穴本身的运动、化学反应、热传递、溶剂分子蒸气压以及热容比的变化,一个球形空穴坍缩时的内部温度 、球体半径 以及热容比 近似遵循以下方程:

从方程中可以看出,空穴内的温度将随着空穴的坍缩而急剧升高,而实验测得的温度数据看起来也非常夸张,达到了4700K(约4427°C)

计算结果中不同温度下的光强-波长曲线(a)及实验测出的光强-波长曲线(b),对应温度为4700K

但注意,这个实验中,触发空穴效应的是超声波,空穴产生的场所是一缸充满重金属离子和稀有气体的硅油或辛醇,和太平洋沿岸长着海葵和绿藻的潮间带完全不是一回事

结论:也许哪天,我们会发现枪虾的水铁炮的确有类似的效果,但现在这个“枪虾的气泡达到了太阳表面温度”的流言源头,不过是一场移花接木的把戏罢了


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