端着咖啡怎么走,才不洒?

美国加州大学圣巴巴拉分校研究者克雷奇特尼科夫(Rouslan
Krechetnikov)和迈尔(Hans
Mayer)表示,咖啡洒出来这个现象,其中的物理学原理并不简单,除了人走路的影响(与此人的年龄、健康情况和性别有关)外,液体晃动的情况还与加速度和扭矩等有关。

4月26日发布于《物理评论E》(Physical Review E)的
研究
中,科学家让被试拿着盛有咖啡的杯子,以不同速度走直线。志愿者将注意力集中在杯子上,或者目视前方。摄像机会拍下人们的动作和杯子的轨迹,同时杯子上的一个微型传感器会记录溢出情况。

杯中液体前后的晃动具有某种固有频率,这是由容器的大小决定的。在论文中研究者表示,日常杯子大小所产生的固有频率,恰巧和走路时人腿部的移动很合拍。这意味着,拿着杯子走路本身就很容易让咖啡在杯子里振荡起来。走路时微小的不规则就会增强振荡,提升泼溅的几率。

那么到底怎样才能防止咖啡洒出来呢?
实际上科学家的研究未必能带给我们很大惊喜。研究者的回答是,开始走路时慢着点,也就是别加速太快。此外就是不要盛得太满,别让咖啡液面离杯口过近,至少要留出杯子直径1/8的距离,大约1厘米。还有一招就是看着点自己的杯子,只要不盛得太满,走路时看着杯子可以确保不会洒出来。

英国萨里大学研究液体晃动的数学家特纳(Matthew
Turner)表示,这些窍门多数人自己可能都能总结出来。不过研究者建立的数学模型还是很有用处的,可以让科学家研究不同的杯子设计,而不必真的造出这些杯子。在工程领域,工程师已经了解了一些防止液体泼溅的技术,比如油罐卡车内有挡板,可以控制汽油的运动,因为太大的晃动会让卡车倾覆。

特纳认为,对于生厂商来说,比较划算的办法可能是给咖啡杯来个盖子,一些厂商已经开始这么做了。

另一些研究者觉得,此次研究还有一些不足之处,比如意大利不少卡普契诺和拿铁咖啡杯是曲线形或圆锥形,而论文只分析了圆柱形的杯子。

威尼斯平台登入,2012年9月21日更新

这个研究获得了2012年搞笑诺贝尔奖流体力学奖

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本文编译自: ScienceNOW, The Physics of Spilled Coffee
图片: H.C. Mayer and R. Krechetnikov