黑啤气泡冒出怪事

来源 :大科技·科学之谜 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lihua1114110
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  有趣的黑啤瀑布
  英国人不论是消遣还是排忧,都喜欢到酒吧安坐下来,斟上一杯黑啤轻酌慢饮。黑啤是一种烈性啤酒,英国一个著名的黑啤品牌是吉尼斯,饮用吉尼斯都配有特定的吉尼斯黑啤杯。
  一个失恋的小伙子来到酒吧倒上一杯黑啤,眼睛盯着黑啤杯发呆,等着杯中气泡稳定下来后,他一饮而尽。突然他意识到,杯中的黑啤产生的气泡不是像其他啤酒或可乐等饮料中的气泡那样不断上升,黑啤中的气泡不断下降!下降速度还不慢,看上去就像是褐色的岩石上瀑布在飞流!也许小伙子是第一次发现这个现象,人又很好奇,之后他竟然忘记了自己是个刚失恋的人……
  黑啤瀑布现象其实谁都会看到,只是有的人天生对这些事不感兴趣,认为司空见惯,但感兴趣的人也很多,科学家也了解这个现象有一段时间了。但这么常见的问题,科学家竟然无法很快解答。
  一种视觉幻觉?
  这确实是一个有意思的现象,气泡在液体中因浮力作用肯定应该上浮,不可能下沉啊。再说,如果气泡是在下降,气泡都会聚集到杯子底层吧?为什么最终气泡稳定后,都聚集到了杯子的上层了呢?
  因此有的人认为黑啤瀑布现象其实是一种视觉幻觉,可能黑褐色的背景下,明亮的点即使在上升,人眼睛有时也会看到是在下降,就像风扇的扇叶在正转,而眼睛有时会看到风扇在倒转一样。
  但是这种解释似是而非,没有把具体过程说清楚。风扇倒转现象与扇叶旋转频率有关,所以扇叶在眼睛看来有时倒转有时正转。黑啤瀑布这种现象并不存在旋转频率的问题,而且气泡的运动速度不论快还是慢,自始至终,人看到的都是气泡在下降。有人也试验过在黑褐色的背景下,通过粘在钢珠上的丝线,向上拉多个明亮的钢珠,眼睛看到的情况是钢珠在上升,并不是上述理论说的那样会产生钢珠在下降的幻觉。
  黑啤推动气泡下降
  至此,研究者困惑了,那么是不是黑啤中的气泡真的在下降呢?如果是,那它们为什么会在液体中下降?下降的结果又为什么都聚集到了杯子的上层了呢?真是个矛盾的现象啊!
  一位深谙液体流动之道的研究者揭开了黑啤的“深色面纱”,他断言,黑啤中的气泡,靠近杯子边缘的在下降,杯子中央的气泡则是在上升!为什么这么说?杯子中央的气泡受浮力作用会从杯子底部快速升上来,这是毫无疑问的。但是边缘的气泡由于受到杯子壁的粘附和摩擦,上升速度大大减慢。不过,起关键作用的却是杯子中央的气泡在快速上升时,会带动周围的液体也跟着快速上升,这样就在杯子中形成了较快的对流,液体从中间上升到顶层后会向外扩散,于是推动杯子边缘的液体沿着杯子壁下降,这种下降就会带动本来上升速度就很慢的气泡也跟着液体一起运动,于是杯子边缘的气泡们就不断下降了,给我们呈现出一幅瀑布的景象。
  这个解释让人豁然开朗,它合理解释了上述所有看似矛盾的现象。人们曾经很纳闷:为什么我们透过杯子壁看到气泡明明在下降,可是最终气泡们却都聚集到了液面上?原来他们看到的只是其一,还有其二,那就是杯子中央看不到的地方,气泡们在飞快地上升呢。是黑啤黑褐色的本质遮挡了人们的视线,让人无法看到杯子中央到底发生了什么,而液面又全是气泡们在堆积,通过液面也看不到液面下发生了什么,于是只能看到杯子边缘不断下降的气泡。
  黑啤瀑布除了与黑啤黑褐色的颜色有关之外,是否还与黑啤的其他性质有关呢?我们知道,普通啤酒倒入杯子中,不论是边缘还是中央的气泡都在上升,为什么普通啤酒没有出现气泡下降的现象呢?
  黑啤气泡很特别
  首先黑啤的黑褐色背景能把明亮的气泡衬托出来,让人明显看到瀑布效果,这是肯定的。另外,黑啤中充入的气体大部分是氮气,而普通啤酒中充入的气体都是二氧化碳气体。这两种气体会起什么不同的作用吗?
  氮气不容易溶解到液体中,而二氧化碳很容易溶解到液体中,因此黑啤中的气泡在倒入杯子的时候,就已经全部出现了,而且黑啤中的气泡体积很小,大约绿豆大小。
  另外,普通啤酒或可乐中的气泡都好像是从“无”中生出来,然后不断长大,一般是从杯子壁的微小凹凸部位出现,然后长大到蚕豆大小,就会脱离杯子壁上升,因此普通饮料中的气泡从杯子边缘上升得较多,中央上升的气泡反而较少。因此普通饮料不会出现气泡下降的现象。
  黑啤杯子也有讲究
  也许至此,人们以为黑啤瀑布现象没有什么疑问了。然而不久前,一位研究者又发现黑啤瀑布现象与杯子形状的关系还很大。经过试验,他发现如果用一个与吉尼斯黑啤杯倒扣时的形状一样的杯子来装黑啤,气泡就不会出现下降的现象了。吉尼斯黑啤杯是底部窄顶部宽的那种,而倒扣形状的杯子是底部宽顶部窄的杯子,对于这样一个杯子,黑啤中气泡从底部上升时,碰到杯子壁堆积起来,增大了浮力,于是沿着杯子壁上升,导致杯子中的液体流动从边缘上升,从中央下降,这时吉尼斯黑啤就不会出现瀑布现象了。
  物理规律的作用真是奇妙啊,一点微小的条件差异就可以导致完全相反的现象出现。研究这些现象,并不是单纯为了解开一个身边的谜团,更有意义的是,它能更有效地指导和解决工业生产时液体气泡上浮问题。
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