倒蠔油的時(shí)候,你一定也遇到過(guò)這種情況:瓶子斜舉在半空,一滴、兩滴、三滴......你以為馬上就結(jié)束了,可總感覺還有最后一滴,遲遲不肯落下來(lái)。你等了10秒,又等了10秒,甚至忍不住晃一晃瓶子,想讓它快一點(diǎn)。
其實(shí),不只是蠔油,還有洗完鐵鍋后,那層薄薄的水膜——它們?yōu)槭裁淳褪恰百囍蛔摺保渴瞧孔釉O(shè)計(jì)有問(wèn)題,還是我們倒的方式不對(duì)?
更讓人好奇的是:那些黏在鍋壁上、瓶壁上的最后一滴,到底要多久才能流完?為什么有些瓶子里的液體幾乎倒不干凈?
而這個(gè)問(wèn)題,居然真的有人認(rèn)真研究過(guò)。
![]()
圖庫(kù)版權(quán)圖片,轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛
物理學(xué)家算了一筆
廚房里的賬
來(lái)自布朗大學(xué)的托馬斯?杜塔(Thomas Dutta)和唐建新(Jay Tang)教授,就用流體力學(xué)的方法,算出了答案。
他們把廚房容器傾斜45度,用流體力學(xué)的核心方程去計(jì)算:容器內(nèi)壁上那層薄薄的液膜,要多久才能流走90%?
結(jié)果因液體不同,差異大得離譜。
水只要幾秒鐘;
牛奶大約30秒;
換成橄欖油,得等9分鐘以上;
要是冬天那種濃稠的楓糖漿,可能要等上幾個(gè)小時(shí)。
![]()
圖庫(kù)版權(quán)圖片,轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛
為什么同樣是液體,差別卻能大到這種程度?區(qū)別在于:黏度。
黏度越高,液體內(nèi)部的摩擦力越大,分子之間“手拉手”拉得越緊,越不愿意在重力的催促下往下流。水幾乎不怎么抵抗重力,所以幾秒就走干凈了;楓糖漿則像一群賴在沙發(fā)上不肯起來(lái)的人,你把沙發(fā)豎起來(lái),他們也只是非常非常緩慢地往下滑。所以,那些你覺得頑固的液體,其實(shí)只是更黏,更不愿意動(dòng)而已。
看似日常的問(wèn)題
背后卻是經(jīng)典物理
這項(xiàng)研究發(fā)表在《流體物理學(xué)》(Physics of Fluids)期刊上,乍一看,它像是在一本正經(jīng)地搞笑,但它的來(lái)頭一點(diǎn)不含糊。
杜塔和唐教授用的是納維-斯托克斯方程,這套方程是整個(gè)流體力學(xué)的基石,從飛機(jī)機(jī)翼周圍的氣流到血管里的血液流動(dòng),全靠它描述。
簡(jiǎn)單說(shuō),它就是一組告訴你“液體在各種條件下會(huì)怎么動(dòng)”的數(shù)學(xué)公式。兩位物理學(xué)家從中挑出了專門適用于黏性主導(dǎo)的部分,來(lái)分析廚房里這些慢吞吞的液體。
![]()
圖源:布朗大學(xué)
有意思的是這項(xiàng)研究的起因。杜塔是唐建新教授的博士生,平時(shí)研究的是細(xì)菌在濕潤(rùn)表面上怎么移動(dòng)和擴(kuò)散,本身就需要深入理解薄層液體的流動(dòng)規(guī)律。為了訓(xùn)練這方面的直覺,師徒倆決定從廚房里找題目。
杜塔想起了他的奶奶,老人家每次都要把容器里最后一滴液體倒干凈,執(zhí)著得很。唐教授則帶來(lái)了自己的廚房難題:鐵鍋洗完之后,怎么處理鍋壁上殘留的那層水?
一口鐵鍋
引出另一個(gè)問(wèn)題
用鐵鍋?zhàn)鲲埖娜硕贾溃F鍋靠的是表面那層油膜來(lái)防止食物粘連,因此洗完鍋之后不能拿布去擦,否則會(huì)把養(yǎng)好的油膜蹭掉。但也不能讓水一直留在鍋里,鐵遇水會(huì)生銹。
唐教授的辦法是:洗完鍋之后等一會(huì)兒,讓鍋壁上的水膜慢慢匯聚到鍋底,再把水倒掉。
但問(wèn)題來(lái)了,到底該等多久?杜塔用同一套流體力學(xué)方程做了計(jì)算機(jī)模擬。答案是:大約15分鐘。
唐教授聽到這個(gè)數(shù)字的時(shí)候說(shuō)自己“又驚訝又有點(diǎn)失望”,因?yàn)樗綍r(shí)只等一兩分鐘就倒水了,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。十幾年的鐵鍋使用習(xí)慣,被自己學(xué)生的計(jì)算推翻了。
研究者還做了一個(gè)非常直觀的實(shí)驗(yàn)。他們用一口舊鐵鍋?zhàn)鰧?duì)比:一次是洗完鍋后只倒一次水;另一次是在第一次倒水后,間隔1分鐘再倒一次。
結(jié)果很明顯——只倒一次水的情況下,鍋底會(huì)殘留一層水膜,經(jīng)過(guò)約10小時(shí)自然干燥后,可以清楚看到銹跡;而進(jìn)行第二次倒水后,鍋底殘留的水明顯更少,10小時(shí)后幾乎看不到生銹。
也就是說(shuō),一個(gè)看似簡(jiǎn)單的動(dòng)作——多等一分鐘,再倒一次水,就能顯著改變結(jié)果。
![]()
物理其實(shí)一直就在你身邊
這大概就是物理學(xué)最迷人的地方。它并不只存在于高精尖的實(shí)驗(yàn)室,也藏在我們每天的生活細(xì)節(jié)里。
同一套方程,能描述大氣環(huán)流,也能告訴你鐵鍋里的水大約需要15分鐘才流干凈。唐教授說(shuō),這些物理規(guī)律就在廚房里等著,和他們實(shí)驗(yàn)室里研究的完全是同一回事。而他們從這種連接中感受到的,是純粹地做物理的快樂。
所以下次你舉著瓶子等最后那點(diǎn)蠔油的時(shí)候,別急,也別搖。把瓶子傾斜45度,然后去干點(diǎn)別的。
物理學(xué)已經(jīng)替你算好了,它會(huì)下來(lái)的,只是需要一點(diǎn)時(shí)間。
參考文獻(xiàn)
[1]Thomas T. Dutta et al, Thin film flow in the kitchen, Physics of Fluids (2026). DOI: 10.1063/5.0308586
策劃制作
作者丨Steed 科普創(chuàng)作者
審核丨孫明軒 上海工程技術(shù)大學(xué)教授
策劃丨徐來(lái)
責(zé)編丨王夢(mèng)如
審校丨徐來(lái) 張林林
特別聲明:以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺(tái)“網(wǎng)易號(hào)”用戶上傳并發(fā)布,本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.