為什么天瑪利(咖啡乳)酒表面上2毫米厚的一層奶油會(huì)快速產(chǎn)生回轉(zhuǎn)渦旋的圖案?
這是適合飯后餐桌“實(shí)驗(yàn)室”的一個(gè)完美的實(shí)驗(yàn)。因?yàn)樗恰缎驴茖W(xué)家》讓世界引起關(guān)注的一個(gè)實(shí)驗(yàn),所以我們自己覺得特別榮耀。要用一些質(zhì)量好的輕脂稀奶油,因?yàn)榕D踢^稀容易流動(dòng),而重脂奶油又太稠。不要舍不得,最后形成的產(chǎn)物甚至可以直接喝掉。
所需的材料
一個(gè)寬平底玻璃杯
輕脂奶油
一瓶天瑪利牌(咖啡乳)酒
一個(gè)羹匙
要做的事情
向玻璃杯里倒入1厘米深的天瑪利酒,再加入薄薄的一層稀奶油。奶油要沿著羹匙的背面慢慢地倒,這樣奶油才會(huì)均勻地鋪在天瑪利酒的表面。怎樣把倉鼠變成化石?居室客廳里
會(huì)看到的現(xiàn)象
隨著奶油和天瑪利酒的相互作用,酒表面的奶油會(huì)裂開,形成類似多個(gè)細(xì)胞組成的圖案。
究竟發(fā)生了什么
渦旋圖案是對流造成的。對流是流體的整體運(yùn)動(dòng),通常由溫差(溫度的差異)導(dǎo)致的。然而在這個(gè)實(shí)驗(yàn)里,對流是由兩種液體濃度上的差異驅(qū)動(dòng)的,這被稱作溶質(zhì)對流。
天瑪利酒中的酒精是對流的驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)加入奶油之后,酒精開始向其滲透。當(dāng)酒精到達(dá)表面時(shí),它會(huì)改變表面張力,使張力下降。奶油液體沒有受到影響的區(qū)域仍維持著其較高的表面張力,于是將表面張力低的奶油液體拉向自己。隨著表面奶油液體被拉開,天瑪利酒便向上運(yùn)動(dòng)填充進(jìn)來。填充區(qū)域的表面張力比被拉走的奶油液體表面張力更低。由于產(chǎn)生了對流循環(huán),這個(gè)過程會(huì)自己持續(xù)下去。只要天瑪利酒和受影響奶油區(qū)域之間的濃度差異存在,這個(gè)過程就會(huì)持續(xù)。
表面張力對流被稱為馬朗格尼對流(Marangoni convection)。在干燥各種油漆時(shí)這種對流作用也會(huì)發(fā)生。這種對流作用還造成諸如酒杯中飛奔向下的“腿”之類的那些現(xiàn)象(參見本書的實(shí)驗(yàn)“酒鬼的腿”)。從天上滾動(dòng)的云到煎鍋里的油中都會(huì)見到類似的現(xiàn)象。不過,天瑪利酒有點(diǎn)特殊性,因?yàn)樵谄渌到y(tǒng)中,對流環(huán)是圓形或者是六邊形的。
附注:
我們很高興把這個(gè)實(shí)驗(yàn)納入本書,因?yàn)楫?dāng)這個(gè)問題在《新科學(xué)家》雜志上剛被提出時(shí),沒有人知道答案,這讓一組研究者對這個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行研究,并且就這個(gè)題目寫出了結(jié)論性的論文。