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如何科學(xué)地浪費(fèi)朋友手中的啤酒

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2019.09.21

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撰文丨Phil Dooly

翻譯丨于穎卓

編輯丨楊心舟

酒吧里經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一種惡作劇，敲一下朋友的啤酒瓶口，啤酒就會(huì)攜帶大量泡沫突然噴涌而出。一些人覺(jué)得非常好玩，另一些人會(huì)為此生氣，而西班牙物理學(xué)家哈維爾·羅德里格斯-羅德里格斯（Javier Rodríguez-Rodríguez）則對(duì)這一現(xiàn)象產(chǎn)生了強(qiáng)烈的好奇。

羅德里格斯來(lái)自馬德里卡洛斯三世大學(xué)（University Carlos III of Madrid），他曾對(duì)這一奇怪的現(xiàn)象展開(kāi)了研究。在這一過(guò)程中，他發(fā)現(xiàn)一杯啤酒中竟然隱藏著許多復(fù)雜的物理學(xué)問(wèn)題，能夠幫助科學(xué)家們理解火山爆發(fā)乃至小行星形成的一系列物理過(guò)程。

“啤酒杯中有著各種各樣的物理現(xiàn)象，每一次你喝啤酒時(shí)，這些物理原理都會(huì)展現(xiàn)在你面前。”羅德里格斯表示。為了研究自由落體微重力環(huán)境下啤酒中氣泡的形成過(guò)程，他甚至讓自己的博士生將啤酒從100米高塔上扔了下去。

他和羅伯特·澤尼特（Robert Zenit）一起在《今日物理》上發(fā)表了一篇綜述文章，講述了有關(guān)啤酒的各種真相，里面這樣寫(xiě)道：“含二氧化碳的飲料是一種便攜式實(shí)驗(yàn)室，能夠以有趣的方式展示自然界和工業(yè)中存在的各種流體是如何運(yùn)作的?！?/span>

啤酒之所以能夠展示許多物理過(guò)程，是因?yàn)?/span>它在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，并最終成為飽和的二氧化碳溶液。我們平時(shí)喝的碳酸飲料也同樣充斥著二氧化碳，不過(guò)其是利用外力加壓將二氧化碳充入液體。

而釀造啤酒的時(shí)候，是由酵母發(fā)酵釋放出微小的二氧化碳?xì)馀?，從而逐漸增加了瓶?jī)?nèi)的壓力。一部分二氧化碳?xì)怏w溶解到了啤酒中，溶解量則由亨利定律（Henry’s law）決定：即壓力越高，氣體溶解越多。

打開(kāi)酒瓶的瞬間，壓力被釋放，液體中能夠溶解的氣體量也減少了，也就是說(shuō)溶液中的二氧化碳變得過(guò)飽和了。不過(guò)想要轉(zhuǎn)變這種過(guò)飽和狀態(tài)還需要一點(diǎn)兒時(shí)間。大概幾個(gè)小時(shí)后，二氧化碳持續(xù)釋放直到達(dá)到新的平衡點(diǎn)，也就是常說(shuō)的啤酒“沒(méi)氣”了。

而這一過(guò)程中，人們可以通過(guò)控制氣體釋放的速度來(lái)制造許多有趣的現(xiàn)象，啤酒敲擊惡作劇就是其中之一。

圖片來(lái)源： Morgan Walker

羅德里格斯第一次有關(guān)這一現(xiàn)象的研究發(fā)表在了《物理評(píng)論快報(bào)》上，并揭示了啤酒會(huì)突然噴發(fā)，主要是液體中由下向上移動(dòng)的壓力波導(dǎo)致的。

因?yàn)楫?dāng)你突然敲打啤酒瓶口時(shí)，啤酒由于慣性有一瞬間是相對(duì)靜止的。這種影響對(duì)于瓶側(cè)的啤酒來(lái)說(shuō)影響不大，因?yàn)椴Ａ總?cè)壁會(huì)從啤酒旁邊劃過(guò)，始終能給啤酒穩(wěn)定的側(cè)面壓力。

然而，這一行為對(duì)位于底部的啤酒來(lái)說(shuō)影響就很大了，啤酒瓶底部瞬間下移，而啤酒暫時(shí)保持靜止，因此瓶底的啤酒受到的壓力會(huì)突然下降。并且這片低壓區(qū)會(huì)不斷往上延伸，這意味著二氧化碳的溶解度會(huì)迅速下降，啤酒會(huì)形成大量的二氧化碳?xì)馀荨?/span>

而當(dāng)慣性結(jié)束時(shí)，瓶中的啤酒很快也開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)碰觸到啤酒瓶底部時(shí)液壓也得以恢復(fù)。這突如其來(lái)的高壓粉碎了剛剛形成的氣泡，把它們變成了上百萬(wàn)個(gè)更小的氣泡。

圖片來(lái)源：羅德里格斯實(shí)驗(yàn)室

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