研究表明物理学家终于解开“茶壶效应”之谜
在倒茶时,茶水顺着茶壶边上滴下来,这就是所谓的“茶壶效应”,对普通喝茶的人来说是个小麻烦。但对全世界的物理学家来说,它却构成了一个跨越数十年研究的棘手理论问题,并因为相关研究结果而获得了诺贝尔奖。2019年,当荷兰物理学家提出一个量化模型,准确预测一个茶壶在倒水时将滴出多少(或多少)的精确流速时,我们认为研究人员终于结束了对“茶壶效应”之谜的探讨。但显然还有更多的工作要做,以填补理论中的一些漏洞, 维也纳技术大学和伦敦大学学院的物理学家承担了这些工作。
研究人员说,他们最终为“茶壶效应”开发了一个完整的理论描述,该描述抓住了惯性力、粘性力和毛细管力的复杂相互作用,这些力在满足某些条件时共同起到了重新引导液体流动的作用。然而,事实证明,重力并不那么重要;它所做的只是决定流动的方向。根据作者的说法,这意味着在月球上仍然会得到“茶壶效应”,但如果在国际空间站上倒茶就不会。
研究人员在《流体力学杂志》上发表的一篇论文中介绍了他们的理论计算结果。而现在他们已经宣布了他们为测试其理论模型而进行的实验结果。虽然这可能看起来是一个微不足道的难题,但所获得的见解可以帮助我们更好地控制流体流动,例如微流控设备。
Markus Reiner 在1956年首次描述了“茶壶效应”,并帮助开创了流变学(研究液体如何流动)领域。随后,已故斯坦福大学工程师和数学家 Joseph B. Keller 进行了自己的调查,并得出结论,滴水是由于气压而不是表面张力造成的,正如许多人所假设的。他和同事Jean-Marc Vanden-Broeck在1986年发表了一篇论文--这项工作为他们赢得了1999年的搞笑诺贝尔奖。根据 Keller的说法,液体的压力在浇口处低于周围的空气,后者将茶水推到壶嘴外面。
以下是基本的工作解释。在较高的流速下,最接近茶壶壶嘴的那层液体会分离,因此它的流动很顺畅,不会滴落。在较低的流速下,当发生流动分离时,这层液体会重新附着在壶嘴表面,从而导致滴漏的流动。壶嘴的直径、壶嘴的弧度以及茶壶所采用的任何材料的"润湿性"(液体喜欢与被另一种液体包围的固体接触)也是影响水壶是否滴漏的因素。
但它们并不是主要的罪魁祸首。2010年,法国物理学家证明,滴水的实际原因是一种"水力毛细管效应",它可以防止(在较慢的倾倒速度下)液体从壶嘴中分离出来,从而实现流畅、干净的流动。所有其他因素在决定这种"水力毛细管效应"有多强方面起着作用。那些物理学家建议将壶嘴做得尽可能薄和尖锐,以减少滴漏,甚至可能在壶嘴涂上超防水材料。
2019年的研究是由于共同作者Etienne Jambon-Puillet(当时是阿姆斯特丹大学的一名博士后)有一天对他在实验室里清洗的注射器中的圆柱形针头周围的液体如何缠绕感到着迷。他和几位同事建立了一系列垂直圆柱体,并向它们喷射染色水,对液体在不同流速下的表现进行录像。他和他的同事们发现,水柱在高流速下保持直线路径,而随着流速的降低,水开始有一点偏转。在更低的流速下,水开始盘旋并"依附"在圆柱形表面上,然后旋转形成一个螺旋。
作为奖励,研究人员的新模型准确地预测了这种"粘"在--而不是脱离--像圆柱体(或茶水嘴)这样的固体表面的关键过渡何时会发生。他们得出的结论是,当静水吸力和湿润之间存在耦合时,当茶液向下流动时,它就会与茶壶的侧面结合起来。
这篇最新的论文与之前的那些研究是一致的,也表明下降到一个临界流速以下会产生“茶壶效应”。根据作者的说法,水滴不可避免地在壶嘴下的尖锐边缘形成,确保这一区域始终被打湿。流速决定了这些水滴的大小。在最低的流速下,水滴可能大到足以将整个水流转向边缘,茶水就会滴落下来。
至于工作中的力量,惯性帮助流体保持其原始方向。毛细管力减缓了壶嘴处的流速。其他关键因素是液体表面与茶壶壁之间的接触角,以及茶壶材料的亲水性(或湿润性)。角度越小,或者材料越亲水,液体的脱离速度就越慢。
“尽管这是一个非常常见且看似简单的效应,但要在流体力学的框架内准确地解释它是非常困难的,”共同作者Bernhard Scheichl(维也纳大学)说。“我们现在首次成功地从理论上解释了这种水滴形成的原因,以及为什么边缘的底面总是保持湿润。”
当然,一个好的工作理论的预测仍然必须通过实验加以验证。因此,Scheichl等人通过从一个倾斜的茶壶中倒水,改变流速(高、中、极低),并用高速摄像机捕捉这些动态来测试他们的模型。在上面的视频中,你可以准确地看到低于临界流速是如何导致边缘湿润和“茶壶效应”的明显滴漏的。
【来源:cnBeta.COM】
相关推荐:
最新新闻:
- 相机的iso什么意思?旁轴相机和胶片机的区别
- 相机m档是什么档怎么用的?索尼相机连手机app下载
- 电磁阀几位几通的判断方法是什么?发动机电磁阀的作用
- 如何把u盘里的东西拷到手机里?用手机怎么往u盘里下载歌曲?
- Win11屏幕刷新率调整不了怎么解决?windows11兼容性怎么样?
- PPT柱状图如何增加柱子?ppt文本框内部边距怎么设置?
- 每日速递:NSO 会员N64游戏库今日更新 三款游戏入库
- 全球焦点!《卡普空街机合集2》现已发售 收录32款街机游戏名作
- 腾讯出行微信内测打车功能 采用多平台整合的方式
- 微软启动蓝屏提醒 一代经典Windows 8.1被放弃时间确定
- 当前快报:《霍格沃茨的遗产》新演示短片 展示学校北塔区域
- 全球快资讯丨《生化危机8:村庄-黄金版》雇佣兵额外命令预告发布
- 微信安卓8.0.25版发布 更新日志依然是熟悉得不能再熟悉的9个字
- 微信手表版上线:在vivo Watch 2上就能回复消息
- Windows 11声音音质都开始缩水了 Bug不断用户体验不舒爽
- 优酷投屏收费引热议!官方解答:会员权益不包含投屏
- 荣耀MagicBook 14锐龙版图赏 最高搭载AMD锐龙 7 6800H标压处理器
- Intel新旗舰至强W9-3495首曝
- Redmi G 2022游戏本开启预售 搭载新一代NVIDIA Ampere架构
- Intel 13代酷睿i5-13600K架构/频率大升级
- AirPods Pro 2或将抛弃旧款iPhone 仅可以适配iPhone 11或以上机型
- 世界看热讯:电影《奥本海默》预告泄露 明年7月21日上映
- OPPO Watch 3系列配置剧透 将成为骁龙W5首秀舞台
- 荣耀智慧屏X3i发布 采用一体化金属LCD全面屏主打低端千元市场
- 消息称iPhone15全系将采用叹号屏 苹果全面屏手机/平板加速到来
- iQOO 10 Pro根治电量焦虑症 200W超快闪充的实际体验到底有多好?
- 荣耀平板8首发评测 全新升级性能更强大12英寸屏幕+8扬声器
- 荣耀平板8开箱图赏 12英寸护眼大屏拥有2K分辨率
- 荣耀X40i正式发布 引入了全新的钻彩星河设计
- moto razr 2022或推迟发布 主要卖点是三个数字
- 苹果宣布iOS 16新功能上线 想用先交授权费借此来收取不少费用
- 苹果发布iOS/iPadOS 15.6更新 修复诸多Bug
- 小米13曝光首批搭载骁龙8 Gen2机型
- 荣耀平板8预售 三种选择将于7月29日正式发售
- 当前短讯!《上古卷轴ol》官方宣布 游戏玩家突破2100万
- 焦点要闻:《最后的生还者》重制版无障碍选项曝光 沿用二代
- 世界热资讯!育碧正开发多个《刺客信条》游戏 新作极有可能在日本
- 今日热讯:《命运2》将于8月23日举行专场发布会
- 全球视点!性价依旧良心!新款小米Redmi G游戏本6299元首发:2.5K/165Hz大屏
- 精彩看点:《哥谭骑士》蝙蝠女角色预告公开 小丑不会出现
- 全球视点!《时空勇者》评分汇总:一款Switch必玩的RPG游戏
- 动态焦点:暴跌50%!32GB DDR5内存史低价1169元 好价快买
- 【世界报资讯】每日低价硬货:27英寸4K显示器到手999元
- 每日信息:雷蛇发布新款PS5手柄专用快充底座 369元!
- 【环球播资讯】《漫威蜘蛛侠》PC版推荐配置出炉:GTX 1060还能再战十年
- 天天视讯!内存又降价了!32GB DDR4内存秒杀599元
- 全球信息:《糖豆人》再次联动《哥斯拉》追加全新服装
- 当前资讯!3月上映《龙与地下城:盗亦有道》发布正式预告
- 每日精选:《SD高达 激斗同盟》推出试玩版推出 追加剧情确定
- 环球今热点:《鬼灭之刃:火神血风谭》8月更新鬼化祢豆子
- 【当前热闻】Fami通新一周销量榜 《怪物猎人崛起》再次登顶
- 天天视点!剧情驱动RPG《电气马戏团》9月6日发售 登陆全平台
- 焦点讯息:《七龙珠:破界斗士》弗利萨角色预告 10月13日发售
- 全球看点:《忍者神龟合集》宣布8月30日发售 登陆全平台
- 【全球时快讯】《漫威蜘蛛侠:复刻版》国区开启预购 379元
- 今日讯!诺兰新片《奥本海默》首张海报曝光
- 焦点速讯:互联新体验&护眼新标杆 荣耀全场景发布会推出五大新品
- 天天热文:15天免费试骑 折叠山地自行车仅298元
- 世界观速讯丨开启专业创作新时代 洞察用户需求的华硕靠什么成功?
- 当前讯息:星巴克不锈钢马克杯 小米平替仅29元
- 全球快报:华硕ProArt创16 2022重磅首发 独创华硕旋钮设计玩出创作新花样
- 当前聚焦:美剧《哥斯拉大战泰坦》新卡司公布
- 焦点快报!传字节跳动估值跌破3000亿美元 比去年至少下跌25%
- 天天热资讯!【手慢无】小米12S破发 到手仅3799元 还能6期免息
- 全球信息:好莱坞明星最新片酬曝光 阿汤哥破亿居榜首
- 【世界新要闻】旷世G7六期免息啦!这个暑假就要宅在家里打游戏
- 环球精选!机身细节出众 新CODE01高性能轻薄本新图来了
- 世界热头条丨《光明记忆:无限》今日正式登陆主机端 售价78港币
- 世界要闻:NAND供应过剩!SSD价格还要大降价 降幅不小
- 全球讯息:不打价格战 快递报复性涨价 网友吐槽:还是不送上门
- 当前简讯:被评为天猫精灵“超级黑马伙伴” 森歌集成灶究竟有何魔力?
- 全球热门:京东携手TCL发布一价无忧服务标准
- 【世界速看料】三星完成第二代智能SSD研发 功耗降低70% CPU占用降97%
- 天天简讯:沈腾开用小米12S Ultra:本人自拍被夸帅
- 天天热点!百亿补贴再爆惊喜 12代标压+RTX3050++ 120Hz OLED 华硕无畏Pro15 2022仅需6299元