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為什麽不能往開水中尿尿?

2022-07-09健康

2008年的一天,一位來自阿根廷的物理系學生發現了一個「違常識」的神奇的現象,他在泡茶時發現,往茶杯中倒開水時,杯子中的茶葉碎末會逆流而上,隨著開水的道路向上逆流回茶壺中。

剛開始他以為是偶然現象,他又試了幾次,都是同一種效果。 好像有一種「神秘的力量」,在無形中控制著這些茶葉碎末「倒行逆施」 ,用以往的物理學知識根本解釋不通。

他把這一「違反常識」的現象匯報給了導師,然而,博學的導師也沒見過這種神奇的現象,於是他就把這個現象進一步深入研究,寫成了畢業論文,然後順利畢業了。

這種神奇的的現象叫做「馬拉高尼效應」。

什麽是馬拉高尼效應?

馬拉高尼效應,Marangoni Effect,是指當一種液體的液膜當受外界擾動(如溫度、濃度)而使液膜局部變薄時,它會在表面張力梯度的作用下形成馬拉高尼流,使液體沿最佳路線流回薄液面,進行「修復」。

上面是百科的專業解釋,比較難懂,我們通俗的解釋一下:

我們都知道,液體表面存在著張力,一滴水珠滴落到水表面時,我們肉眼看到的是它們一下子就融合在了一起,其實不然,由於水面張力的存在,它們並不會馬上融合,而是會彈跳幾下,如下圖:

這是用高速攝影機拍攝下的水珠落水瞬間,非常震撼!

馬拉高尼效應跟液體表面張力有關!

這位阿根廷同學發現的現象, 茶葉沫可以減少杯子裏水的表面張力,因此茶壺裏的水表面張力大,杯子裏水的表面張力小。而表面張力大的地方可以把表面張力小的地方的液體吸過去,所以水才可以倒流,茶葉沫才能逆流而上, 形成馬拉高尼效應。

後來,羅格斯大學的一位教授也對這個現象產生了濃厚興趣,於是他又進行了更復雜的實驗。

經實驗測量,他發現加了茶葉後張力可以減小到原來的1/3,而加了粉筆末以後更恐怖,水的表面張力直接減小至原來的一半,減少的表面張力可以給漂浮在水上的粉末提供20倍的重力加速度,推動它逆流而上。

他們用茶葉沫還有粉筆末發現,液體可以向上攀升。哪怕上方滴水處寬度達到幾米,這個現象依舊存在。

葡萄酒的眼淚

經常喝葡萄酒的人會發現一個有趣的現象:葡萄酒在高腳杯中,在高於液面的地方,會自動形成一圈酒珠掛壁並落下。人們就形象的稱為葡萄酒的眼淚。

這就是馬拉高尼效應形成的。

原理很簡單: 酒精的表面張力低於水,當杯壁上葡萄酒中酒精揮發後,濃度會降低,表面張力隨之增大,而葡萄酒液面張力較小,所以酒會向張力大的地方流動,即酒會上升形成酒珠。又由於水的重力作用與表面張力之間的失衡,水滴又會掉下,即所謂的葡萄酒的眼淚。

為什麽不要向開水裏尿尿?

為什麽不要向開水裏尿尿?還是因為馬拉高尼效應!這個過程中馬拉高尼效應又是如何出現的呢?

上文中我們對馬拉高尼效應有了簡單的認識,也就是與液體表面張力有關,液體會從張力高的液體流向張力低的液體,所以也就出現了液體倒流的現象。

而影響張力的因素不光有濃度,還有溫度,溫度與張力呈負相關關系:即溫度越高,液體表面張力越小。

比如:水。通常溫度每上升一度,張力大約就會下降0.18N/m。

開水溫度100度,尿的溫度我們都知道,恒溫37.5度,所以兩者間的張力存在巨大梯度。而由於張力梯度的存在,如果向開水中尿尿,開水就容易逆流而上,傷及無辜。 (畫面太美,我不敢想象)

——都嚴肅點啊,我們在探討科學——

事實真的如此嗎?

理論上是這樣,可現實中並沒有發生過類似的事情,那是因為現實中並沒有人無聊到要向開水中尿尿的程度。還有一點,我們尿尿的時候是不連續的,而且距離比較長,液體也不會無限回流的。

綜上,向開水中尿尿,熱水逆流而上傷及無辜的概率是比較小的。

逆流汙染

由於馬拉高尼效應的存在,水會逆流而上,如果下方的水不純凈,那麽會反過來汙染上方的水。

對於這種現象,最難忍的還是制藥企業的研究者: 當他們做實驗用到滴管時,下面的物質可能反過來汙染滴管裏的液體,從而造成實驗不準確。

怎麽消除馬拉高尼效應呢?

既然是表面張力差導致的,那麽是不是消除了張力差,就能解決問題呢?於是就有人進行了具體的實驗,他們向上遊的水中加入了一些表面活性劑,來減少水表面的張力,然後實驗結果如人們所料,馬拉高尼現象實驗消失了。

2002年,麻省理工學院的一位教授和同事做了一個反向實驗,他們向下方水池裏加入表面活性劑,結果是下方的水能夠沿著水流倒流,逆行的高度最高可達到2厘米。

很多人表示,知道了這個現象後,再也不敢近距離向小便池裏滋尿了。

寫在最後:

生活中,很多我們覺得反常的現象,其實都能被科學的解釋。 正如那句話:學好數理化,走遍天下都不怕;不學數理化,生活處處是魔法!