一种并列漂浮式泄流振荡实验方法与流程

本专利涉及不同密度液体之间并列漂浮式泄流振荡实验方法，属于物理实验领域。

背景技术

不同密度液体之间周期性泄流振荡现象是一种既有趣又具有实际应用价值的现象。自1970年，地球物理学家martin(马丁)发现了盐水振荡器并对其进行了定性研究，如今科学界开始从物理学、化学、生物学以及技术学科等广泛地对这种现象进行了深入研究，但是，其研究的理论体系尚未成形，在世界范围内未有公认结果。以往的实验多以相溶性的不同液体以及泄流管竖直放置才能实现周期性振荡现象，本专利发明人在文献[2]中给出不相溶的液体之间没有能实现周期性振荡，在文献[6]和专利cn201120417078.5主要给出小孔周期性泄流分层振荡的方法，及后续给出泄流管角度改变对泄流的影响，但是，这些都是给出单一内筒与水槽相对固定情况下才形成的，如果两个(或者两个以上)内筒与水槽固定，是否会出现始终一个向上泄流另一个始终往下泄流，那两个(或者两个以上)内筒漂浮在水槽的水中呢？情况又如何？更使我们难以预见，如何设计并实现两个(或者两个以上)内筒漂浮在水槽中进行实验，将会是什么情况呢？目前未见相关报道，为进一步研究探索相关规律寻找突破，本专利就要解决这个问题。本专利是在国家自然基金项目(项目号：11405092)、黑龙江省省属高等学校基本业务费科研项目(项目号：135209251)及黑龙江省高等学校教改与应用项目(项目号：sjgy20170385)的支持下完成的。

参考文献：

[1]路峻岭，汪荣宝.对小孔泄漏振荡演示实验的研究[j].大学物理2005，24(7)

[2]梁法库，路峻岭.小孔周期性泄流的实验与分析[j].物理实验2005，25(12)

[3]梁法库，邵华峰.小孔持续周期性泄流的实验与观测[j].大学物理2008，27(12)

[4]孙鹏，等.糖水一水小孔泄漏振荡周期与小孔孔径的关系[j].大学物理2009，28(10)

[5]梁法库，等.盐水一水的小孔周期性泄流实验与分析[j].大学物理2012，31(1)

[6]梁法库，等.汽油与酒精自动交换的周期性分层振荡的实验研究[j].大学物理2012，31(3)

[7]梁法库，梁帅等.对酒精一水小孔周期性泄流的实验与分析[j].大学物理2012，31(4)

技术实现要素：

解决不同密度液体之间周期性泄流振荡的实验方法，着重解决并列漂浮式泄流振荡实验方法。

本专利技术方案：一种并列漂浮式泄流振荡实验方法，主要由密度大的盐水(或其它液体)、密度小的水、内筒a、内筒b、水槽构成，其特征是：水槽为长方体透明玻璃容器，内筒a、内筒b为透明玻璃注射器外筒或者一次性透明塑料注射器外筒(或者用其它透明柱筒制作的筒底部安装可更换的泄流管更好)，注射器的外筒的底部安装针头柱为泄流管(或者在针头柱内插入截取一段的注射针头作为泄流管)，在内筒a、内筒b的外侧壁与水槽外侧壁粘贴防水软尺，通过软尺可以读出装液体高度的数据；

将透明的塑料瓶(透明是为了便于观察内筒液面位置，可用塑料矿泉水瓶)截取一部分作为漂浮体，并使得靠近瓶口处的孔与内筒a、内筒b外径相匹配，漂浮体套在内筒a、内筒b上(靠近筒口，根据物体稳定性要求浮力中心要在物体重力中心之上)，用热熔胶(塑料胶棒融化)使漂浮体与内筒a、内筒b之间密封(不漏水)，或者为了让内筒a、内筒b(注射器外筒)在水中漂浮，在内筒a、内筒b(注射器外筒)上套上像游泳圈一样的薄泡沫板作为漂浮体，倒入盐水后轻而缓的将两个注射器同时放在水槽观察现象；由于泡沫板不是透明的，所以并不能观察和记录到泄流时的液面高度变化，此种情况只对周期时间做研究；

用自行车车辐条的一端缠上少许棉花呈椭球状作为控制塞，是用于控制内筒a与内筒b初始泄流的；

实验时，实验之一，先将水槽水平放置在平台上加入适量水，所述适量水为水槽的水表面距离上沿满足：放入内筒a与内筒b后水槽的水不溢出；在向内筒a与内筒b加盐水前用控制塞堵塞泄流管上端口，分别将内筒a与内筒b竖直缓慢置于水槽中，待水槽水面接触到漂浮体停止(停止移动内筒a与内筒b，保持静止)，然后将配制好的相同浓度盐水分别倒进内筒a与内筒b内，确保倒进盐水量不能使内筒加盐水后的总重量大于等于总浮力(不能漂浮，物体将下沉沉入水中)，也就是确保倒进盐水后释放内筒仍能使内筒竖直漂浮(发明人实验时，控制盐水在内筒a与内筒b高度在内筒a与内筒b高度的4/5附近)，控制塞从内筒a与内筒b内同时移出，与此同时释放内筒a与内筒b，观察测量泄流规律；实验之二，与实验之一不同的是，将配制好的不同浓度盐水分别倒进内筒a与内筒b内，重复实验之一操作过程，观察测量泄流规律；实验之三，与实验之一不同的是，在同时释放内筒a与内筒b后，一手捏住内筒a保持内筒a相对水槽的位置不动，另一手将控制塞再堵塞内筒a的泄流管上口，待经过δt时间后移出控制塞，释放内筒a，观察测量泄流规律，所述δt分别为t/8、t/4和t/2，t为内筒a泄流振荡周期；实验现象，内筒a与内筒b漂浮也能实现周期性泄流现象，但是周期规律不同于内筒固定于水槽情况。此实验一般需要两个人操作完成，每个人控制一个内筒，两部手机录像后在电脑上读取。

多年来，发明人及同行一直关注单个内筒固定在外筒(水槽)中研究不同密度液体之间通过泄流管的周期性泄流相关问题，随着研究的深入渐渐地开始思考：如果内筒漂浮在外筒(水槽)水中(浮力等于重力)是否就不能形成周期性泄流了呢？两个内筒呢？是否始终一个向上泄流另一个始终向下泄流，如何设计呢？带着这些问题开始设计多次制造并试验，初步给出一些结论，能实现周期性泄流。

本设计有益之处：构思巧妙独特，易于实现、现象明显、成本低和易操作，采用内筒a和内筒b并列竖直漂浮在水槽中，控制初始泄流条件，实现了内筒a和内筒b的盐水与水槽中水通过泄流管周期性泄流振荡的一种新途径，提供了一种全新的实验装置与方法，为进一步研究理论和技术突破提供了保证。也可以推广到其它医学生理学等领域应用。

附图说明：

图1为装置结构示意图。其中：1.水槽，2.泄流管，3.漂浮体。

图2为一组实验数据图(0代表开始上流，2代表开始下流)。

具体实施方式

如附图1，一种并列漂浮式泄流振荡实验方法，主要由密度大的盐水(或其它液体)、密度小的水、内筒a、内筒b、水槽1构成，其特征是：水槽1为长方体透明玻璃容器，内筒a、内筒b为透明玻璃注射器外筒或者一次性透明塑料注射器外筒，注射器的外筒的底部安装针头柱为泄流管2，或者在针头柱内插入截取一段的注射针头作为泄流管2，所述注射针头的外径与针头柱的内径相匹配，在内筒a、内筒b的外侧壁与水槽1外侧壁粘贴防水软尺；

将透明的塑料瓶(塑料矿泉水瓶即可)截取一部分作为漂浮体3，并使得靠近瓶口处的孔与内筒a、内筒b外径相匹配，漂浮体3套在内筒a、内筒b上(靠近筒口，根据物体稳定性要求浮力中心要在物体重力中心之上)，用热熔胶(塑料胶棒融化)使漂浮体3与内筒a、内筒b之间密封(不漏水)，或者为了让内筒a、内筒b(注射器外筒)在水中漂浮，在内筒a、内筒b(注射器外筒)上套上像游泳圈一样的薄泡沫板作为漂浮体3，倒入盐水后轻而缓的将两个注射器同时放在水槽观察现象。由于泡沫板不是透明的，所以并不能观察和记录到泄流时的液面高度变化，此种情况只对周期时间做研究；

用自行车车辐条的一端缠上少许棉花呈椭球状作为控制塞，是用于控制内筒a与内筒b初始泄流的；

实验之一，先将水槽1水平放置在平台上加入适量水，所述适量水为水槽1的水表面距离上沿满足：放入内筒a与内筒b后水槽1的水不溢出；在向内筒a与内筒b加盐水前用控制塞堵塞泄流管2上端口，分别将内筒a与内筒b竖直缓慢置于水槽1中，待水槽1水面接触到漂浮体3停止(停止移动内筒a与内筒b，保持静止)，然后将配制好的相同浓度盐水分别倒进内筒a与内筒b内，确保倒进盐水量不能使内筒加盐水后的总重量大于等于总浮力(不能漂浮，物体将下沉沉入水中)，也就是确保倒进盐水后释放内筒仍能使内筒竖直漂浮(发明人实验时，控制盐水在内筒a与内筒b高度在内筒a与内筒b高度的4/5附近)，然后将控制塞从内筒a与内筒b内同时移出，与此同时释放内筒a与内筒b(此实验一般需要两个人操作完成，每个人控制一个内筒，两部手机录像后在电脑上读取)，观察测量泄流规律；

实验之二，与实验之一不同的是，将配制好的不同浓度盐水分别倒进内筒a与内筒b内，重复实验之一操作过程，观察测量泄流规律；

实验之三，在实验之一基础上与实验之一不同的是，在同时释放内筒a与内筒b后，一手捏住内筒a保持内筒a相对水槽1的位置不动，另一手将控制塞再堵塞内筒a的泄流管2上口，待经过δt时间后移出控制塞，释放内筒a，观察测量泄流规律，所述δt分别为t/8、t/4和t/2，t为内筒a泄流振荡周期(内筒a单独置于水槽1中时候的泄流振荡周期)；

结合实验之一，用下面的实施例验证本专利的有益效果：

具体参数：内筒a、内筒b均为20ml玻璃注射器外筒，装盐水浓度为20％，内筒a、内筒b、盐水与水温度均为20.4摄氏度，环境温度21.7摄氏度，水槽1长、宽、高分别为17.00cm、13.90cm、17.20cm，水槽初始液面高度14.00cm，内筒a、内筒b初始液面高度均为7.50cm，如附图2为实验数据图像，其数据如下表1，形成内筒a和内筒b的盐水与水槽中水通过泄流管周期性的泄流振荡现象。

表1漂浮状态下并联泄流管的时刻变化

以上仅是本专利优选方案之一，任何在此专利基础上的拓展，如，两个以上内筒漂浮在水槽中进行实验、使内筒a与内筒b泄流初始不同步及材料与形状的改变均属于本专利保护的范围。