你身上的血管为什么长成现在的样子? | 科学DIY

摘要: 因为,大自然母亲?

09-30 20:09 首页 把科学带回家

本文由公众号 “把科学带回家” 提供

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上面这张图片,你能认出它是什么吗?是血管?还是树根?


其实它是美国国家地理拍摄河流的照片。



那么这张又是什么呢?树枝?树根?闪电?


其实它是血管的照片。


所以你看,不光河流和血管很像,其实它们和闪电、树枝、树根都有相似之处。


它们为什么都是弯弯曲曲、不断重复的样子?它们是怎么形成的呢?


今天的小小艺术创作告诉你这背后的原理。



关键概念


分形、粘滞指进

材料和工具


牙签

油彩(或水彩)颜料

一个2面的CD盒(或2片平整的玻璃片、树脂片、透明塑料片)


操作步骤



1. 把CD盒拆开来。用牙签蘸一滴颜料,滴在一片CD盒盖子上。



2. 把第二片CD盒盖在第一片上,把2面CD盖子压紧。



3. 小心地把2片CD盖子上下分开,注意不要左右移动。



4. 现在可以观察,在你分开2片CD盖子的时候,空气进入颜料里形成的图案。看看空气形成的图案是什么?它像什么呢?



5. 如果想要保存得到的图案,可以等颜料干了,用胶带纸粘走。粘着图案的胶带纸可以用来装饰别的东西,比如贴在信纸上面。



实验原理


 你大约会得到这样的图案



我们用颜料得到的图案叫做分形



 天然的分形



分形的意思是,不管把分形图案放大多少倍,它看起来和放大前的样子是一样的。



▲ 谢尔宾斯基三角形就是一个完美的分形,不管你把它放大多少倍,它还是原来的样子。



而用颜料得到这种分形图案的过程叫做粘滞指进(viscous fingering,用来描述粘滞指进的著名数学模型叫做赫尔肖氏模型)



 大型粘滞指进得到的分形图案



粘滞指进是什么意思呢?


当黏糊糊的颜料被挤压的时候,它们会向四面八方扩散开来,形成一个圆饼状的边界。


当2片CD盖板被拉开的时候,空气会钻入黏糊糊的颜料里面。不过空气的粘度没有颜料大,它们会在颜料的边界画出像指头一样的形状。粘度比较低的液体或气体进入粘度比较高的流体中,就会形成粘滞指进的分形。



 河流的支流也是一种近似粘滞指进行成的天然分形



粘滞指进形成的分形图案可以让我们联想起树枝、树根、肺部的血管。如果你见过河流的高空俯拍,或是闪电的样子,它们和我们实验中的粘滞指进分形也非常相似。它们形成的物理规律,和我们的实验是类似的。




亲爱的小伙伴们,

你有没有尝试“颜料的分形”?

想让更多小伙伴看到你的作品

可以把你拍到的照片发给我们哦~



你也可以把孩子的小名

一起发过来展示在我们推送中。


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图片及参考资料来源:Antony Hall, Scribol, Paul Bourke

Falconer, Kenneth. Fractals: A very short introduction. OUP Oxford, 2013.


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