趣味科普问答

问：有一次，我在温哥华水族馆观看白鲸表演时，看见其中一条鲸在水中吐着环状气泡，这些环状气泡似乎没有受到明显的浮力的作用，甚至能够随水流沉入池底。有些鲸还能够水平地吐出一个个环状气泡，然后将它吸入口中。是否有人对这些有趣的环状气泡做过研究？这些环状气泡被吐出时需要多快的速度？这些环状气泡在水中又能到达什么深度？而且，白鲸为什么会吐出环状气泡，这对它们有什么用处？

回答一：跟空气中的肥皂泡不一样，这些由白鲸吐出的美丽的环状气泡实际上是一个个环形的漩涡，它们主要不是靠张力而是靠周围水的压力来保持的。当白鲸喷出的水流到了另外一个静止的水域就会产生环形漩涡，然后气体被注入漩涡。由于在这些环形漩涡的中央，压力最小，所以空气就会到达环形漩涡的中央从而形成晶莹的水环。

如果你用一根光滑的小棒，在一个圆柱形水杯中快速地朝着一个方向搅动杯中的水，你就会发现漩涡的中心明显地在降低，而那就是这个环形漩涡压力最小的地方。搅动得再快些，一些气泡就可能逸出来而转移到漩涡的中央。这个实验可以说明上面所提到的现象。

回答二：环状气泡其实是涡环的一个例子，类似于柱形漩涡或者龙卷风旋涡，只不过被弯成了一个圆圈。抽烟时吐出的烟圈也是这一类的例子：当通过一个圆形开口的气流在被迫往回走的时候，就形成了一个烟圈。

还有另外一种环状气泡。这些环状气泡由水中的水蒸气组成。当涡环产生足够小的气压时，就会在涡环周围形成水蒸气，最后形成跟在水中的水环一样的形状，只不过里面充；满的是水蒸气。这种“气穴现象”已经在某些水下武器系统中得到应用。

回答三：“气穴现象”也可以在轮船螺旋推进器旋转的顶尖上看到。当水流变得非常迅疾而气压下降并变成水蒸气——事实上水达到了一定的温度——气涡就形成了。

还有一种甚至更奇特的方式可以产生这种水环。伦敦的读者戴维 · 威廉姆逊指出有可能产生一种“反气泡”。反气泡跟气泡正好相反。就像小孩子吹的肥皂泡内外都是空气，中间由一层很薄的液体阻隔一样，反气泡则内外都是水，中间由一层很薄的空气阻隔。