每当我们非常缓慢地将茶从茶壶里倒出来时,茶水总是容易顺着壶嘴、贴着壶壁、向下流到桌子上。其实,将液体从容器中倒出是一项技术活,一旦过慢,液体就会出现上述的“粘”在容器边缘的现象。除了日常的倒水,一些如浇注、印刷和挤压等工业过程也会遭遇这种“茶壶效应”。
为什么会出现这种“茶壶效应”呢?数个世纪以来,制陶工人会通过调整容器的边缘和锋利程度来尽可能的避免这种效应,但我们却缺乏对这种现象的确切理解。直到大约十年前,才有科学家证明,即便水流速度很快,容器表面的可湿性仍能控制液体流与固体表面的距离。
最近,荷兰阿姆斯特丹大学、特文特大学和萨克森应用科学大学的一组科学家就对这种恼人的“茶壶效应”发起了挑战。他们通过将水喷射到垂直的圆柱体上,观察到液体可以附着在圆柱体上(就像茶水附着在茶壶上一样),并且观察到了水在这种附着效应下会围绕圆柱体旋转,从而盘旋成螺旋状。通过对螺旋形状和它的形成进行建模,研究人员首次预测出了确切的附着行为。他们将研究结果发表在了最新的《物理评论快报》上。
在实验中,研究人员用了一些直径为3毫米的垂直玻璃圆柱,然后在圆柱的一边以30°倾角向圆柱的另一侧喷射直径为0.5毫米的毛细水流。当毛细水流附着在有弧度的表面上并落下时,它们的下落路径可以非常复杂,他们用实验将“茶壶效应”这一恼人日常变成了一种有趣的现象,并且揭开了藏在这些现象背后的严肃物理。