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撰文 七君
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 。
不信 , 大家看这里——
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紫色的颗粒沿着水流向上爬升
看到木有 , 水面的粉末随着逆行的水流回到了上方的容器里 。 可以 , 这很信条 。
所以 , 这水是看了诺兰新片了吗?倒不是 , 这个现象是在2008年金融危机爆炸那年被一个叫做 S. Bianchini 的物理系少年发现的 , 距今已有12年 。
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阿根廷的传统马黛茶
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 。
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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 。
马拉高尼效应咱们以前也讲过 , 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 。
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马拉高尼效应还可以用来让液滴自动解迷宫 , 超有趣的 , 回顾点这里 。
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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 。
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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 。
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逆流污染
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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当然对于要做实验的研究者还有制药企业来说 , 这个现象还是很烦人的 , 这意味着用滴管的时候 , 下面的物质可能反过来污染滴管里的液体 。
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你以为马拉高尼效应可以让水流逆行已经很秀了么?在1992年 , 科学家们还注意到马拉高尼效应的另一个反常识的神奇技能 。
咱们知道 , 水滴落到杯子里 , 会和杯子里的水融合在一起 , 这在物理学上叫做合并(coalesce) 。
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我们之前介绍过 , 通过振动液面 , 可以让液滴长时间不合并(点我看) 。
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那年 , 国际航天任务 Spacelab mission D2 的宇航员以及意大利那不勒斯大学的物理学家 Rodolfo Monti 在 Onset 实验中观察到让两个液滴不融合的方法 , 那就是制造巨大的温差 。
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这个神奇的现象引起了不少物理学家的兴趣 , 他们认为 , 这就是马拉高尼效应作怪 。
原来 , 除了上面讲到的表面张力差(表面张力梯度) , 温差(温度梯度)也可以促成马拉高尼效应 , 因为温度越高 , 表面张力越小 。
Monti 后来和同事们做了这样一种装置 , 上面的仪器悬挂着一滴液体 , 下面是同样液体形成的水平液面 。
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他们发现 , 如果温差很大 , 那么上面这滴液体死活不会和下面的液面融合 。
更有趣的是 , 只要维持这样的温差 , 哪怕强行把液滴按到下面的液面以下 , 它也不愿意融合 , 把自己活活扭成了气球 。
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但是 , 如果两个液体的温度完全一致 , 它们在几毫秒内就会融合 。
那么 , 马拉高尼流是如何阻止液滴合并的呢?
这是因为上下液体之间存在温差 , 因此上面的液滴和下面的液面中都存在马拉高尼流 。 而这两股对冲的马拉高尼流搅动周围气体 , 使液体之间存在一层轻薄无感的气体 , 正是这层气体阻止了上下液体的合并 。 这个过程简而言之就是“冷朝热风” 。
换成两滴液滴也是一样 , 两滴温差很大的硅油无法合并——
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这个现象在焊接和制造合金时有很大的应用 , 因为在高温下熔化的金属也会遇到类似的问题 。 当然 , 在冬天冰冷的厕所里 , 大家也能看到带着余温的废液在尿池中最后的倔强 。分页标题#e#
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懂了 , 高拉自来水来自马拉高 。
来一波三连吧!
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【马拉高尼|物理学家在12年前发现了一个反常现象,看完你会改变尿尿的方式】无标注图片来源网络 。
来源:(万物杂志)
【】网址:/a/2020/0927/kd538652.html
标题:马拉高尼|物理学家在12年前发现了一个反常现象,看完你会改变尿尿的方式