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更多咖啡为什么会洒出杯子？
青梅娱乐编辑于 2023-05-21 19:08:00
路斯兰·克雷奇特尼科夫是美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的流体力学家，在最近的一个数学会议上，他看着同事小心翼翼地端咖啡时不禁想到，为什么有时候咖啡会溢出来，有时又不会呢？
尽管看起来只是个小问题，但其中涉及很多基础科学原理，包括流体力学、液体表面稳定性、液体与容器相互作用，还有行走过程涉及的复杂生物学。 他和一名研究生观察人们端着咖啡杯行走的高速录像，分析步行速度等因素对于杯内咖啡的影响。通过逐帧分析，他们发现在人们步速稳定后，行走本身会导致咖啡杯大幅度有规律的振动，而每踏一步所产生的那种起伏，以及其他环境因素（如地面不平或分神等）还会导致杯子小幅度不规律的振动。 咖啡溢不溢出，很大程度上取决于饮料的自然振动频率，即它最易产生的振动频率，好比每个钟摆的振动频率都取决于它的长度和重力一样。当咖啡杯的大幅规律运动与咖啡的自然振动频率接近时，就会产生共振，就像在恰当的位置推秋千，会使秋千越摆越高，这时咖啡溢出的概率就大大增加。另外，小幅度不规律的振动也有可能“放大”咖啡的运动幅度。 揭示咖啡流动和人体运动的关系，有助于我们找到防止液体溢出的方法，“比如设计一种柔韧的容器来缓冲振动”，克雷奇特尼科夫说。而在容器内壁的底部和顶部安装一系列圆环也有助于消除液体振动。
尽管看起来只是个小问题，但其中涉及很多基础科学原理，包括流体力学、液体表面稳定性、液体与容器相互作用，还有行走过程涉及的复杂生物学。 他和一名研究生观察人们端着咖啡杯行走的高速录像，分析步行速度等因素对于杯内咖啡的影响。通过逐帧分析，他们发现在人们步速稳定后，行走本身会导致咖啡杯大幅度有规律的振动，而每踏一步所产生的那种起伏，以及其他环境因素（如地面不平或分神等）还会导致杯子小幅度不规律的振动。 咖啡溢不溢出，很大程度上取决于饮料的自然振动频率，即它最易产生的振动频率，好比每个钟摆的振动频率都取决于它的长度和重力一样。当咖啡杯的大幅规律运动与咖啡的自然振动频率接近时，就会产生共振，就像在恰当的位置推秋千，会使秋千越摆越高，这时咖啡溢出的概率就大大增加。另外，小幅度不规律的振动也有可能“放大”咖啡的运动幅度。 揭示咖啡流动和人体运动的关系，有助于我们找到防止液体溢出的方法，“比如设计一种柔韧的容器来缓冲振动”，克雷奇特尼科夫说。而在容器内壁的底部和顶部安装一系列圆环也有助于消除液体振动。
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