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吸管放入碳酸飲料中會上升,有時會翻出杯子邊緣......

來源:知乎 阿黃sweetgirl 瀏覽 1895 次 發(fā)布時間:2021-08-07

吸管放入碳酸飲料中?當(dāng)一根吸管被放置于一杯碳酸飲料里時,吸管會上升,有時會翻出杯子邊緣。研究并解釋吸管的運動并且確定吸管翻出時的條件。


題主問題提了這么久還在發(fā)出對此問題的邀請,說明題主對目前的答案不太滿意或者還是不太明白。我看了目前的答案,發(fā)現(xiàn)雖然有一個詳細(xì)解釋了這個現(xiàn)象。但是好像沒法解釋題主說的碳酸飲料的特殊性。題主再次發(fā)出問題邀請的原因,是不是也想知道為什么碳酸飲料會出現(xiàn)這種現(xiàn)象,而非碳酸飲料不出現(xiàn)這種現(xiàn)象?


如果真是這樣,那就要考慮碳酸飲料的特殊性。即飲料中氣泡的存在對吸管行為的影響。


有一個答案已經(jīng)指出了吸管表面對氣泡的吸附而導(dǎo)致翻出,但是過于簡練,非表面物理化學(xué)專業(yè)的人士很難看清其直接的關(guān)聯(lián)。下面我簡要解釋一下。


物質(zhì)依據(jù)其表面能的大小,有親水和疏水之分。玻璃等高表面能的物體屬于親水的,所以容易粘附水滴。一些塑料,蠟燭,荷葉等表面是低表面能的物體,表面不容易粘附水滴,所以在這些表面上水滴容易被抖落。氣泡和水滴有類似之處,相反的是,水中的氣泡容易粘附在疏水的界面上。所以當(dāng)吸管放入碳酸飲料中,飲料中產(chǎn)生的氣泡會被吸管粘度。吸管表面上的一層氣泡,可以顯著增大吸管的浮力。浮力使吸管上升,就像其他回答那樣,最終因力矩的作用,翻出來。至于題主說的翻出的具體條件是什么,情形很復(fù)雜,很難做到定量分析,下面做簡單的定性分析。


第一階段:氣泡的浮力加上吸管的浮力大于吸管的重力,吸管加速上升階段。如下圖所示

這時上升過程中,吸管可能因為左右兩側(cè)吸附的氣泡數(shù)量不同而發(fā)生浮力差異而傾斜。也可能因為外界擾動而發(fā)生傾斜,反正吸管豎直上升的可能性很小。習(xí)慣傾斜碰到瓶壁后繼續(xù)上升,上升帶來氣泡的減少,吸管自身浮力的下降。當(dāng)浮力減小到小于重力時,這時開始i減速,直到速度為零。如下圖所示;

達(dá)到位置最高時,速度為零,這時,重力大于浮力,重力矩的作用下,加速傾斜。那么什么情形下,吸管會翻出來呢?顯然是吸管翻出時,不被瓶壁阻擋時,才可以翻出來。

即當(dāng)滿足上圖的幾何關(guān)系時,吸管才會翻出來。顯然是傾斜時,吸管向上的速度越大,越容易翻出來。吸管向上速度大小跟氣泡的黏附量有關(guān),而氣泡的黏附量與吸管的表面積和表面能,溶液中的氣泡量等都有關(guān)。