对于睡眼惺忪的人们来说,把满满一杯咖啡从厨房端到餐厅并非易事。随着人的步伐,咖啡的液面也会晃个不停,稍一手抖就要从杯口溢出来。但是,表面覆盖着泡沫的拿铁咖啡情况却有所不同。这些泡沫不仅提供了保温和咖啡拉花的创作空间,它们还具有卓越的减震功能——这是最近发表在《流体物理期刊》上的一项研究发现。
研究者们表示,这一发现不仅对人们的早餐饮品有意义,它还可以应用到液化气和火箭推进剂的安全运输上。艾米丽·德利赛尔是纽约大学的一位航天机械工程副教授。她在星巴克喝拿铁咖啡时注意到,这种咖啡即使不盖杯盖也比较不容易洒出来,这使她想到泡沫或许具有为液面减震的作用。而她的同事在啤酒中也发现了这样的现象。
科学家们把咖啡馆和酒馆里的发现带回实验室,通过实验装置系统地观测了泡沫的作用,并根据现象进行了建模计算。他们用玻璃制作了一个厚度很薄的矩形容器,在里面装上水、甘油和洗洁精组成的混合溶液。然后,研究者们用固定在容器底部的针头匀速注入空气,这样就可以形成大小均一的气泡。
研究者们测试了两种运动方式:侧向快速震动和规律的前后摇晃。他们使用高速摄影机记录下了液面的波动。结果显示,泡沫稳定液面的效果非常显著,只需要五层泡沫就足以使波动高度降低一个数量级。研究团队认为,泡沫与容器之间的摩擦消耗了动能,这是泡沫减少液面晃动的主要原因。
液面晃动不仅给端饮料的人带来烦恼,它更会影响汽油、液化气之类危险液体的运输安全。论文作者希望,他们的研究成果能帮助人们用简单、低成本的方法控制液体运输时的晃动。