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妙•力学

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水沙换位

2015/3/24 20:59:30 人评论 次浏览

 

一、展品科学原理

本展项由一个溶液柱、展架构成,溶液柱内一半装有液体,一半装有沙子。溶液柱子可以360度旋转,观众可以转动溶柱,想办法使水和沙分离开,且速度最快。此时只要把溶液柱子倾斜就可使沙子迅速地分离。因为在垂直降落的过程中,有色液体与沙子两者的微粒积面相互抗衡,所以垂直状态下,有色液体和沙分离缓慢。而倾斜状态下,有色液体上升、沙降落的过程中,彼此的微粒积面统一,变少,减少了对抗力,从而降落迅速。参观者可根据这一特点,观察溶柱内的细微变化,了解这一原理,从而得到更丰富的混沌知识。

“混沌”是近代非常引人注目的热点研究,它掀起了继相对论和量子力学以来基础科学的第三次革命。混沌现象是指发生在确定性系统中的貌似随机的不规则运动,一个确定性理论描述的系统,其行为却表现为不确定性一不可重复、不可预测,这就是混沌现象。在现实生活和实际工程技术问题中,混沌是无处不在的。

二、展品相关知识内容

19721229,美国麻省理工学院教授、混沌学开创人之一E.N.洛伦兹在美国科学发展学会第139次会议上发表了题为《蝴蝶效应》的论文,提出一个貌似荒谬的论断:在巴西一只蝴蝶翅膀的拍打能在美国得克萨斯州产生一个龙卷风,并由此提出了天气的不可准确预报性。时至今日,这一论断仍为人津津乐道,更重要的是,它激发了人们对混沌学的浓厚兴趣。今天,伴随计算机等技术的飞速进步,混沌学已发展成为一门影响深远、发展迅速的前沿科学。

 一般地,如果一个接近实际而没有内在随机性的模型仍然具有貌似随机的行为,就可以称这个真实物理系统是混沌的。一个随时间确定性变化或具有微弱随机性的变化系统,称为动力系统,它的状态可由一个或几个变量数值确定。而一些动力系统中,两个几乎完全一致的状态经过充分长时间后会变得毫无一致,恰如从长序列中随机选取的两个状态那样,这种系统被称为敏感地依赖于初始条件。而对初始条件的敏感的依赖性也可作为混沌的一个定义。

混沌不是偶然的、个别的事件,而是普遍存在于宇宙间各种各样的宏观及微观系统的,万事万物,莫不混沌。混沌也不是独立存在的科学,它与其它各门科学互相促进、互相依靠,由此派生出许多交叉学科,如混沌气象学、混沌经济学、混沌数学等。混沌学不仅极具研究价值,而且有现实应用价值,能直接或间接创造财富。

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