物理学
麦当劳的搅拌棒快速拉出的时候,会在咖啡表面产生水珠,是什么物理现象?
问题描述
经常吃麦当劳的早餐,每次加了奶和糖之后,用搅拌棒搅拌之后,快速把搅拌棒从咖啡中拉出。就会在咖啡的表面产生好几个水珠,大概能保持0.5s的样子。
这是怎么产生的?是什么物理现象?
这是怎么产生的?是什么物理现象?
这个现象叫 delayed coalescence. 具体机制好像还没有完全研究清楚。最早对于这个现象的文章是瑞利(Rayleigh)发表的。在 1900 年左右的时候,雷诺(Reynolds)提出这是因为一些空气被憋在水滴和水面之间,阻止水滴往下掉。
大概浏览一圈文献,我的理解是这个现象是有复杂的流体力学过程和分子的电磁学特征共同导致的。水滴浮在水面上的时候会不断地振动(自己像弹簧一样伸缩),水面也会不断振动。同时两个表面都在不断地蒸发,这应该也会加强“推开”的效果。另外如果水面和水滴保持一个特定的温度差(或者在其它一些特定条件下),这个水滴可以持久浮在表面,甚至漂浮无限长的时间。再然后不同电磁学特征的分子在这个过程中的表现也不同,完整的数值模拟这个过程需要考虑分子间作用力。1991 年的时候好像有人做了数值模拟,显示中间那层空气在被往外挤时,各种机制结合作用会阻止空气往外跑。
反正总之吧,我看了半天也没能形成一个简单的图景,这个现象还在研究中。最后附上一篇 02 年的综述:
NONCOALESCENCE AND NONWETTING BEHAVIOR OF LIQUIDS顺便提一下,这个现象虽然没有彻底研究明白,但是在科研中有应用。你可以把一滴水滴到油的表面,这滴水会一直漂着,前面说了,水滴和油表面都会振动,在油的表面形成波纹。如果你在油中放一个障碍(比如一堵墙),这个波会在这个障碍上反射,然后影响水滴的运动(比如这个水滴如果朝着墙移动的话会在还没碰到墙的时候就反弹回来)。这个特性告诉我们可以使用这个现象模拟量子力学,见:
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