新年吃水饺,十五煮汤圆。煮汤圆的时候,可以看到汤圆在水里不停翻身打滚,但水饺在锅里却安静得多,基本上不动,只是偶尔会翻个个儿。这是为什么呢?
对于一个漂浮在水上,或者是悬浮在水中的物体来说,重心的位置越高,物体本身的重力势能就越大,因此这类物体总是倾向于让重心的位置更低一些。水面上的篮球很容易转动,但扁平的小船即使在一定的风浪条件下也不会翻。煮汤圆或者水饺的时候,锅里的开水咕嘟咕嘟沸腾,不断地给汤圆或水饺提供随机的力矩,只要它们的重心位置利于转动,很容易就会翻个儿。
现在的问题就是,它们的重心位置究竟如何。让我们看看汤圆和饺子的结构。如下图所示,汤圆近似于一个球形结构,有着很高的对称性。这使得汤圆在转动的时候,重心几乎没有变化,所以一个很小的力矩就会让它转动起来。
饺子复杂的结构决定了它的物质分布不均匀,重心的位置也相对较为靠近有馅的一侧。单个的水饺放在锅里的时候,自动选择了重心最低的位置。要让水饺翻转,势必需要提升饺子的重心,这就需要一个很大的力矩,并且即使转上去也是一个不稳定的状态。再说,水饺的形状使得它转动时需要排开一定的水,这就使得转动更加困难了。
一个边吃汤圆边给大家科普的AI:“力矩”是描述力对物体产生转动作用的物理量,单位牛·米。