彷彿時光倒流的奇妙實驗！

※器材：透明杯子（大小各一）、洗碗精或甘油、食用色素（紅藍綠各一）、滴管、長尾夾

本實驗能展現有如時光倒流，令人驚訝的有趣現象，表演示範過程如下：

1.完成的裝置如圖一；有一個較小的杯子放置於大杯子裡面，大杯子的杯口夾了四個長尾夾。而大小杯子之間的空隙以洗碗精（或甘油）填充，最後滴入三種顏色的食用色素各一滴（間距約1公分）。

2.實驗開始；一手固定大杯子，一手旋轉上面的小杯子（如圖二），只見三個顏色的色素開始混合。繼續旋轉，色素的顏色幾乎都混合在一起了（如圖三）。

3.旋轉約二圈後，接著；反方向旋轉（如圖四），仔細觀察色素的顏色有何變化？當反方向旋轉小杯子回到原來的位置時，色素幾乎又回到原來的分離狀態（如圖五），似乎違反顏色混合之後，就無法自行回到原狀的生活經驗！怎麼做的呢？

觀看實驗影片（3.3M）

準備過程

1.首先準備大小二個杯子，二個杯子的大小不能差異太大，小杯子放入大杯子中，間距避免超過0.5公分，而且小杯子最好是筆直的圓筒狀。

2.將洗碗精（或甘油）倒入大杯子，約達三分之一高度，再將小杯子放入大杯子中，如圖六。注意：倒入洗碗精時儘量沿著杯緣緩慢的倒入，避免產生小泡泡。

3.在大杯子杯口的前後左右分別夾上一支長尾夾，以隔開小杯子，讓大小杯子之間有固定的間距（如圖七），鳥瞰圖如圖八。

4.檢查洗碗精（或甘油）的高度，如果太少（例如高度不到大杯子的2/3），可再倒入一些洗碗精。注意：避免洗碗精接觸到長尾夾。

5.準備三個小杯子，分別倒入約10毫升洗碗精，再分別滴入三種顏色的食用色素各二滴，充分攪拌。完成後，以滴管吸取各顏色的色素，插入圖七裝置的洗碗精中，深度約1～2公分，滴入一滴即可（如圖九）。依序將三種色素滴進大杯子的洗碗精中，就完成了準備工作。

一般而言，流體（例如空氣或自來水）在流動時，流體內部各質點的運動方向並不一樣，而成為一種亂流（turbulent flow，或稱為擾流），如圖十上方。亦即流體向前流動時，形成很多細小漩渦，方向混亂。

但是如果當流體在流動時，各質點之間互相平行，各層之間不會互相干擾，則成為一種「層流（laminar flow）」，如圖十下方。本實驗的操作就是製造出「層流」的效果，亦即當旋轉小杯子，讓洗碗精流動，色素在洗碗精中跟著流動時，並非隨意方向的運動，而是相互平行的運動。當小杯子反方向旋轉，色素就跟隨著反方向平行運動回到原來的位置了。

要形成「層流」有一些特定的條件，通常流體的「黏度」越大、「流量」與「流速」越小，越容易形成層流。這也是為什麼本實驗使用黏度較大的洗碗精（或甘油）的原因。

1.隔開大、小杯子的長尾夾，建議不要使用太小的長尾夾，以確定讓小杯子在旋轉時，與大杯子能保持固定的間距。

2.旋轉小杯子時，避免旋轉太快，因為流速與流量越小，越容易形成層流。

3.將洗碗精倒入大小杯子之間時，注意不要產生小泡沫或是空氣泡泡，以免妨礙洗碗精的流動性。

4.在教學上可以指導學生探究以下問題：(1)日常生活或是人體中，有哪些現象屬於層流？（參考解答：噴水池、部分血管的血液流動）。(2)將洗碗精換為蜂蜜、膠水或其他液體，實驗結果有何差別？(3)探究不同尺寸的大小杯子，實驗效果如何？

1. Steve Spangler Science：http://www.stevespanglerscience.com/lab/experiments/twist-in-time-laminar-flow

2. Scientific Visual Coder：http://dhastha.wordpress.com/2011/03/10/intro-on-fluid-dynamics/

3. 國立中央大學物理演示實驗：http://demo.phy.tw/experiments/hydrodynamics/un-mixing/

4. Engineering ToolBox：http://www.engineeringtoolbox.com/laminar-transitional-turbulent-flow-d_577.html

5. Youtube 影片：http://www.youtube.com/watch?v=p08_KlTKP50