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第六百五十七章 液体上流现象(流体力学)

俗话说,水往低处流。可是12年前,有人发现了水可以逆流而上。

这个现象是在2008年金融危机爆发那年被一个叫做S. Bianchini的物理系少年发现的,距今已有12年。

当时,来自阿根廷的Bianchini正在泡阿根廷的传统马黛茶,马黛茶是用巴拉圭冬青叶子制作的,茶叶是粉末状的。当他倒水的时候,猛地发现茶叶竟然倒行逆施,自动飘到了茶壶里。

倒水时,如果壶嘴和下方液面距离很近,茶叶就会逆流而上,来到水壶里。

Bianchini的导师也没见过这种操作,于是后来Bianchini同学用这个做了毕业论文,然后顺利毕业了。

在论文中,他用马黛茶叶还有粉笔末在实验条件下重复了上述现象。Bianchini认为,这个现象并不是咱们在生活中常见的毛细现象导致的,而是由于马拉高尼效应。

马拉高尼效应指的是表面张力不同的液体之间形成水流。咱们平时看到的酒杯挂壁,还有风油精小船都是马拉高尼效应导致的。

马拉高尼效应还可以用来让液滴自动解迷宫。

Bianchini通过实验发现,马黛茶还有粉笔末可以减少下方液体的表面张力,因此上游的水表面张力大,下游的水表面张力小。而表面张力大的地方可以把表面张力小的地方的液体吸过去,形成马拉高尼流,所以水才可以倒流。

这个反直觉的物理现象说明,上游的水不一定比下游的干净,因为下游可以反过来污染上游。因此后来这个现象就被取名为逆流污染(upstream contamination)。

过了几年,罗格斯大学的工程学教授 Troy Shinbrot对这个现象产生了兴趣,于是找了个学生和 Bianchini用更复杂的实验再次验证了一番,并把结果发表在了2013年的Proceedings of the Royal Society A上。

Shinbrot他们用马黛茶叶还有粉笔末发现,逆流污染现象确实存在,液体可以向上攀升1厘米的高度。哪怕上方滴水处宽度达到几米,这个现象依旧存在,冷水和滚水同样会出现逆流污染。

Shinbrot他们也再次验证了表面张力在逆流污染中的作用。经过测量,他们发现加了粉笔末以后,水的表面张力减小至原来的一半,加了茶叶以后减小至原来的1/3。

经过计算,加入粉笔末后,减少的表面张力可以给漂浮在水上的粉末提供20倍的重力加速度,推动它逆流而上。

那么问题来了,如果这个现象真的是表面张力差导致的,那么消除上游和下游的表面张力差,水是不是就无法倒流了呢?

他们也测试了一下。他们在上游的水中加入了表面活性剂苯扎氯铵,减少上游的表面张力。果然,这么干了之后水就不会倒流了。

实际上,2002年麻省理工学院(MIT)的应用数学教授 John W M Bush和同事也发现,如果在下方水池里加入表面活性剂,那么下方的水能够沿着瀑布倒流,逆行的高度最高可达到2厘米。

了解了这个现象后,相信各位弟弟都不敢在小便池里近距离滋尿了。

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