《力學(xué)園地》編輯部:
您好!APEC期間帶8歲的兒子回老家,吃飯時兒子給爺爺?shù)蛊【疲矚g把瓶子拿的很高,可想而知,總是倒?jié)M一杯泡沫,啤酒沒倒多少。我教他要把瓶口放在杯沿,傾斜杯子,讓啤酒沿著杯沿緩緩倒入。兒子試驗(yàn)了一下,成功了,非常開心,還追著我問這是為什么。我特來請教力學(xué)方面的專家,希望能告訴我原因,我好給兒子一個正確的解釋。謝謝!
一位爸爸
要回答這個問題得從氣體的溶解度開始考慮,通常用單位體積水能溶解多少體積的二氧化碳?xì)怏w來度量,稱為溶解度,它是一個同溫度和壓強(qiáng)有關(guān)的量。溫度低時溶解度大,高時溶解度小。在高壓下溶解度大,低壓時溶解度小。如果在高壓條件下新鮮啤酒突然減小壓強(qiáng),就會分離出二氧化碳而冒泡。
靜止在杯中的啤酒,壓強(qiáng)各處基本上是均勻的,上層壓強(qiáng)略小于杯底,所以也是表面冒泡稍多。但是如果杯中的啤酒產(chǎn)生了不均勻流動,則各點(diǎn)上的壓強(qiáng)是不同的。從流體力學(xué)的伯努利定律知道,沿一根流線,速度大的地方局部壓強(qiáng)小。在這些速度大的地方,便會產(chǎn)生大量的二氧化碳?xì)馀荨?
這就是說,如果想讓啤酒不冒泡地倒?jié)M杯子,就應(yīng)當(dāng)在傾倒的過程中,盡量減小啤酒杯中液體的相對速度,盡可能使注滿杯子的過程變?yōu)闇?zhǔn)靜態(tài)。如果把瓶子拿得很高往里倒,就會使抵達(dá)杯口的啤酒柱有較大的動量,而到達(dá)杯底時速度總是零,從而杯中的啤酒速度差加大。而瓶口靠近杯沿并使啤酒沿壁倒入時,一方面降低了啤酒從瓶口到接觸杯子這段落差,使啤酒入杯時的動量減小從而減小了杯中的啤酒速度差;另一方面,杯子傾斜可以將啤酒柱對杯子的正沖擊變?yōu)樾睕_擊,從而減小啤酒接觸杯底瞬時的動量改變;再者斜溜過程,增加啤酒溜到杯底的路程,在這溜的過程中杯壁對啤酒的阻力可以減小啤酒到達(dá)杯底的速度。所以它便基本滿足了盡可能準(zhǔn)靜態(tài)的要求,整個過程中泡沫就比較少了。
(胡漫根據(jù)相關(guān)資料摘編)