科学家几百年来一直在研究挂杯现象是怎样产生的,现在,他们找到了原因。
经常观察红酒杯的人肯定知道,斟酒之后,红酒会沿杯壁回流,再次滴落形成“酒泪”,也就是挂杯。挂杯到底是如何形成的呢?这个问题已经困扰人类几百年。
加州大学洛杉矶分校的尤纳坦·杜克勒及其同事一直致力于该项研究,如今他们终于在某种程度上解开了这个谜题。
我们先在马天尼酒杯中倒入少量高度红酒,然后观察杯壁上的液体膜是如何形成的。
这篇论文基于开尔文勋爵的兄弟詹姆斯·汤姆森20年前的研究。汤姆森发现,挂杯的形成是因为红酒中水的表面张力比酒精更大。
红酒通过毛细作用吸附在杯壁上。当液体表面张力迫使红酒沿垂直杯壁回流时,就形成了挂杯。
酒杯中的液体膜会立即开始蒸发,酒精的蒸发速度比水要快。因此,液体膜蒸发后主要留下水,其表面张力会高于酒杯中的红酒。
表面张力的差异非常重要。这种张力差迫使红酒在杯中回流。由于酒精蒸发,红酒会在杯中不停地来回流动。
19世纪60年代,挂杯现象最终以一位意大利物理学家的名字命名,也就是大家熟知的马兰戈尼效应。
由于重力作用,红酒最后还会回到杯底。出现挂杯时,人们形象地把流下的液体比作红酒的眼泪。
不过还有一个很大的问题,为什么红酒形成的挂杯只能垂直向下流动呢?杜克勒及其同事针对这一问题建立了全面的理论模型,并开展了大量研究。他们观察到,挂杯的形成方式十分独特。
该项研究基于冲击波理论。冲击波可以使液体形成液晶层。冲击波通常是由扰动波驱动,扰动波在液体中的传播速度比声音还快,超音速飞机就是这个原理。只要扰动波一直保持超音速,冲击波就会源源不断。
当扰动波达不到超音速时,冲击波就会形成,例如蒸发导致的液体回流。这种波也叫作压缩波。杜克勒及其同事对此开展了进一步研究。
他们指出,基于吉布斯的研究,红酒在杯中回流的形状应该像手指一样,“我们认为,实际沿同一方向滴下的挂杯的产生是因为反向压缩波不稳定,而不是因为杯中液体不平衡。”
他们的实验也证实了这一点。他们将酒精度为18%的少许红酒沿马天尼酒杯倾斜65度倒入。为了便于观察,他们沿杯口倒上红酒。挂杯很容易就形成了。
这种挂杯证实了该团队研究模型预测的冲击波特性。“我们首次在挂杯现象中演示了非典型压缩波的存在,”杜克勒及其同事表示。“我们认为,在杯口浸上红酒的情况下,挂杯是由于弯月面处反向压缩波的作用产生的。”
这项研究很有意思,很多读者也自发进行了演示。
但是,目前还有一些问题尚未解决。杜克勒及其同事浸杯的方法非常重要,因为浸杯形成的液体膜为杯壁中另一层液体膜提供了通路。这种情况下很容易形成马兰戈尼效应。
那么挂杯现象在没有沾杯的情况下是如何产生的呢?
我们还要开展进一步研究。干了这杯,大家再加把劲!
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责编:高潭清
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