教育房产时事环球科技商业
投稿投诉
商业财经
热点动态
科技数码
软件应用
国际环球
晨报科学
新闻时事
信息智能
汽车房产
办公手机
教育体育
生活生物

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】

人们是如何在机场住上几个月甚至几年的?据外媒报道,今年1月,芝加哥当地政府逮捕了一名36岁的男子,他名叫AdityaSingh,在奥黑尔国际机场住了三个月。自10月以来,他一直住在机场的安全地带,依靠陌生人的善意给他买科学家尝试从海水中提取锂金属满足激增的锂电池需求伴随着全球汽车工业朝着电气化方向发展,锂电池的需求到本世纪末预估会是现在的5倍。激增的电池需求迫使各家公司纷纷寻找锂电池的新来源。芝加哥大学普利兹克分子工程学院的一位科学家认为,我天文学家计划开发揭示太阳流相互作用的活目录据外媒报道,当快速的太阳风流从ldquo日冕洞rdquo(太阳大气层中的一个较冷的区域)爆发出来,并超过移动较慢的太阳风流时,就会形成一个太阳风流相互作用区(SIR)。在SIR中,阿联酋宣布前往小行星带将研究金星和七颗小行星据外媒CNET报道,继ldquo希望号rdquo(Hope)火星任务之后,阿联酋宣布该国将开始建造另一个行星际探测器,于2028年发射,目标是在未来12年内访问金星和小行星带的七个小行星Bennu缺乏精细颗粒物地表主要是多孔岩石亚利桑那大学带领的一支科学家团队得出了一个结论mdashmdash类似贝努(Bennu)这样高度多孔的小行星,其表面或缺乏细颗粒物。通过早期望远镜观察,科学家们曾认为Bennu表面拉帕尔马的火山爆发仍继续太空中也能看到它的影响天地间都能感受到西班牙坎布雷middot维埃哈火山爆发的影响。震颤和小地震经常震动地面,从山顶升起的火山灰羽流变得持续不断,偶尔还会有爆炸。自2021年9月19日喷发开始以来,已有美国首个古老文明遗迹由技术娴熟的工程师们创造长期以来,许多研究认为3000多年前居住在现路易斯安那州北部的美洲原住民,通过狩猎和采集活动而留下了早期文明的印记。然而近日发表于东南考古学(SoutheasternArchaeoNASA杰泽罗陨石坑的岩石显示持续水相互作用的证据美国宇航局(NASA)的ldquo毅力号rdquo探测器在火星表面进行了数月的探索,对各种岩石样本进行调查。科学家们相信在遥远的过去,火星上有丰富的水,而杰泽罗陨石坑是一个远古时期科学家利用全新建模破解大质量黑洞和类星体之谜就像我们自己的银河系一样,在星系的中心通常存在着被旋转的气体包围的巨大黑洞。其中一些黑洞闪闪发光,有源源不断的燃料供应,而另一些黑洞则休眠了数百万年,只是在偶然的气体涌入下才苏醒。前NASA宇航员的头像将出现在限量版25美分硬币上据外媒报道,美国铸币局已经宣布了根据AmericanWomenQuartersProgram计划发行的限量版25美分硬币,包括将在每个季度中出现的五个著名人物。这些硬币将在2025太阳光科学探索镜面反射效应与天气现象之间的联系如果你经常看卫星图像或宇航员的摄影作品,你可能已经注意到明亮的光斑,这些光斑可以使某些水体闪耀着不寻常的色彩。如果没有,请看看以下鳕鱼角的列斯群岛周围水域以及巴西的河流中的这些例子
天文学家利用MeerKAT望远镜发现8颗新的毫秒脉冲星据外媒报道,一组天文学家利用南非的MeerKAT射电望远镜发现了8颗位于密集的恒星团中的毫秒脉冲星,这些恒星团被称为球状星团。毫秒脉冲星是中子星,是已知的密度最大的星体之一,每秒旋为不影响交通SpaceX可能将在南德州星舰基地挖隧道据国外媒体报道,随着近年来SpaceX在南德克萨斯州加强星际飞船的测试和发射活动,为了保障博卡奇卡设施各类星际飞船发射活动的顺利进行,公司正与当地卡梅伦县谈判计划在当地挖掘一条隧道石墨烯涂层缓释技术有望高效对抗手术植入物细菌感染与医疗植入物相关的细菌感染,给全球患者和医疗保健行业都带来了巨大的负担。好消息是,近日发表在科学报告期刊上的一篇文章,就介绍了瑞典查尔姆斯理工大学研究人员开发的一种新型感染预防方法科学家研究小型撞击对木卫二表面的累积影响美国宇航局正在为欧罗巴Clipper任务做准备,该任务将研究木卫二的卫星欧罗巴。欧罗巴是太阳系中比较有趣的天体之一,因为它被认为在其冰冻的外表下有一个次表层海洋,有可能孕育生命。由研究酶结构Taspase1为癌症治疗带来更有效方法据外媒报道,我们每个人很有可能都会以这样或那样的方式受到癌症的影响。跟其他一些致命疾病不同的是,癌症在人体内可以以多种形式存在,所以了解更多跟多种癌症相关的单一酶可能会带来更有效的科学家通过研究表面寻找木卫二具备适合生命的可能性据外媒报道,我们很容易看到太空碎片对月球的影响,月球古老而破碎的表面布满了环形山和疤痕。木星冰冷的卫星木卫二也经受了类似的打击还有超强辐射的冲击。当这颗冰冷的卫星的最上层表面搅动时研究泪滴状恒星正在驱动另一颗恒星以变成超新星据外媒报道,通常情况下,超新星都是在天空中突然出现的,但现在天文学家已经提前发现了一个。这个标志是一个ldquo泪滴rdquo状的恒星,据悉,它受到了来自一个伴星的引力拉伸。这颗恒新研究发现金星上有火山活动的证据据外媒报道,根据康奈尔大学的最新研究,气体磷化氢的痕迹表明金星上有火山活动。去年秋天,科学家们透露,在火星的高层大气中发现了微量的磷化氢。这一发现预示着,磷化氢作为这颗炎热有毒星球NASA露西号将披头士成员名言的牌匾发射升空据外媒CNET报道,美国宇航局(NASA)对与木星相关的特洛伊小行星的首次任务将携带一些智慧的话语,旨在激励遥远的未来的人类。ldquo露西号rdquo探测器计划于2021年10月宇航员分享从ISS拍摄的新轨道日出景象据外媒CNET报道,美国宇航局(NASA)宇航员ShaneKimbrough周一分享了从国际空间站拍摄的新景象,让人们大开眼界。这就像JmiddotJmiddot艾布拉姆斯从轨道上科学家新发现的证据是否表明火星上确实有生命存在呢?据外媒BGR报道,科学家知道目前在火星上没有发现大型的复杂的生命形式。他们知道这一点是因为美国宇航局(NASA)等机构已经向红色星球发送了如此多的硬件。像NASA的ldquo毅力号