烟圈是如何形成的?

当木棒穿透小米层时,需要排挤小米,木棒穿出后留下的空间需要周围小米来补充,周围小米向中间运动,这就是吸力。物理学许多道理都可以用微观角度来分析,这与物理学家的说法并不矛盾,只是概念和部分发生机理有所不同。

烟圈的形成始于喷烟时的气流变化。当人喷烟时,气流从烟卷前端缝隙迅速冲出,原本是一团圆团的气体,但由于要排挤前方的空气分子,烟气圆团在垂直截面上只有中心部分受到持续惯性力,周边则没有,导致其先变扁圆再变扁片,中心部分因能量大能持续排挤空气向前,而周边力量较弱,瞬间形成圆锥状中空结构。

随着部分空气分子跟进,后期扁片中心变成空气分子,解释了中空的原因。烟气团形成中空结构后继续向前运动,中心动能大于周边。由于前方空气阻挡,中空烟气团的分子从中心沿本体向四边运动,又因四周被其他空气分子包围,这些分子只好从边缘向后回到中心,再从前方向前运动,形成空中循环,最终扁片状烟气团变成圆环状,即人们看到的烟圈。

这种现象揭示了流体力学中吸力产生的原理。我们可以做一个理性实验:假设空中有一层20毫米厚的小米,一个表面粗糙的尖头木棒以极高速度穿过。木棒穿过时会带走许多小米,因为木棒表面不光滑,边缘突出部分会与小米碰撞。若是正向碰撞,小米发生横向运动;若是斜向碰撞,部分小米被向前碰撞,跟随木棒运动。