这是个很常见的生活现象。如果你曾经和浴帘交过手,你就会发现这家伙特别喜欢在你洗澡的时候粘住你。但是当你把水关掉了以后,它又一本正经地立正站直,假装什么都没有发生过。许多曾经用浴帘洗过澡的人都会感到心很累,这到底是洗澡还是洗浴帘?浴帘为什么比喵星人还调皮?
一开始,有人认为这是气体对流造成的。比如你开着热水洗澡的时候,浴帘里的空气被加热,温度变得比浴帘外的空气高。按照对流的原理,这些湿热的空气在浴帘里往上爬,使浴帘里下面的气压变低,上面的气压变大。这么一来,浴帘外的空气就想挤进来看看怎么回事,于是浴帘就会被想看热闹的冷空气撺掇着抱住你。
不过奇怪的是,夏天用冷水洗澡的时候,浴帘也想和你一起洗澡。这又怎么解释?有人想到,那可能和伯努利大叔(伯努利效应)有关系吧。洗澡的时候,莲蓬头里的水流也会带动浴帘里的空气流动。空气一流动,气压不就变低了吗?
2001年的时候,这个现象触动了一个物理学家。这个叫做大卫·施密特的物理学家这样回忆当时的场景:“它美美哒吸住了我的腿”。施密特的专长是研究飞机和发动机的燃油喷嘴。
他首先用计算机画了一个岳母家的浴缸、一个莲蓬头和一根浴帘的杆子。然后设定莲蓬头每分钟流出30升的水,一共流30秒。他的计算机没日没夜地跑了2个礼拜以后终于算出了结果。原来,当你洗澡的时候,莲蓬头喷出的水使浴帘里的空气形成了漩涡,就如同一个迷你飓风。这个漩涡的中心的气压非常低,就好像是飓风的风眼一样,就是它把浴帘吸过来的。
只要莲蓬头一直在出水,这个漩涡就一直存在。
你洗澡时候的水流越大,浴帘越轻,那么就越有可能被浴帘裹住。施密特认为这是两个物理效应的结果,一个是伯努利效应,一个是驱动空腔。伯努利效应就是文章开头提到的那个解释——莲蓬头喷出的水流带动浴帘里的气体流动,使浴帘里的气压变低。产生漩涡的另外一个力量就是驱动空腔(driven cavity)。驱动空腔指的是莲蓬头喷射出的液滴产生的现象。
虽然莲蓬头喷出的水一开始受重力的影响落得很快,但是后来却因为气动阻力(aerodynamic drag)减速了,并把能量传递给了浴帘里的空气。这些接受了水滴功力的空气开始水平旋转。也就是说,就是莲蓬头的水滴的减速使你的腿附近产生了漩涡。
所以怎么样使浴帘不要抱住你的大腿呢?施密特给了下面这些建议:买重一点的浴帘,把莲蓬头放到离浴帘远一点的地方,在浴帘下面剪几个洞,半开着浴帘洗澡。