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举个栗子:摇红酒的物理学原理,你知道吗?

日报 举个栗子 2年前 (2017-11-16) 218次浏览 0个评论 扫描二维码

举个栗子:摇红酒的物理学原理,你知道吗?

见识一下葡萄酒的新口味吧:果香味以及隐藏于酒中的流体动力学。品酒家们早就知道在喝之前摇动他们的酒杯来获得最好口味的红酒。一项新的研究揭示了摇晃背后的物理学:有三个因素决定了你的墨尔乐红葡萄酒是摇晃出平滑的弧线,还是把酒晃出来。

轻柔的摇晃玻璃酒杯,使红酒产生平滑的弧线,然后红酒在杯中旋转,逐渐覆盖酒杯的边沿。“这个姿势不仅仅是为了做样子。”这项研究的共同作者 Martino Reclari 说,他在瑞士洛桑联邦高等理工学院研究流体动力学。科学家以及红酒爱好者同样也早就知道,通过晃动杯中酒把氧气混合进了红酒里,提升了红酒的口味。

一天晚上,在喝光了他们自己的一瓶红酒之后,Reclari 和同事决定去解决这个品酒家惯例动作中的物理原理。研究小组往一系列不同口径的圆柱形杯中加入了不同体积的一种便宜的墨尔乐红葡萄酒,然后让圆柱杯旋转。为了使旋转均匀,研究人员利用生物化学实验室里常见的用来精确混合液体的回旋机。本周在马里兰巴尔的摩的美国物理协会流体动力学部的年度会议上,研究小组报告了解释红酒如何旋转的数学公式。

与要求年份完美的皮诺葡萄酒的口味不同,Reclari 说,在葡萄酒旋转中起作用的因素并不十分复杂。三个因素决定着我们观察到的是一个大的波浪还是许多小的涟漪:倒入的葡萄酒的高度与玻璃杯直径的比值;玻璃杯直径与圆周摇动宽度的比值;以及在摇晃时作用于葡萄酒的两种力的比值。这两种力分别是把液体向玻璃杯外侧推移的离心力和把液体往下回拉的重力。

通过一点点调整这些参数——例如,通过向玻璃杯中倒入多一点葡萄酒或者在宽度窄一点的圆周范围内摇动酒杯——Reclari 和同事掌握了能产生奇特葡萄酒波浪的技巧。在上面的视频(见原文链接)中可以看到,他们创造的波浪包括了红酒爱好者心中的标准、单一、平滑的波峰,一直到接连形成的四个微型波浪。然而,更奇妙的是如果研究人员让上面提到的三个比值全部相同,他们就可以观察到即使在不同尺寸的圆柱杯中也形成完全相同的波浪。“如果你有一个非常小的玻璃杯或者一个非常大的玻璃杯,然后你输入相同的参数,那么你将获得形状完全相同的波浪。”Reclari 说。

他和同事也获得了另外一个重要发现:红酒爱好者摇晃酒杯到怎样的程度,就容易使杯中酒溅出,说不定还会弄脏衣服。就如同大海中的波峰,如果运动的速度过快,葡萄酒的波浪会开始迸溅同时泡沫也会很多,他说。墨尔乐红葡萄酒迸溅的加速度大约是重力加速度的 40%,或者接近 4m/s2,研究小组总结说。这个加速度,反过来也是取决于玻璃杯中酒的体积、摇晃的力和其他因素。

研究小组的公式不仅有助于品酒者调制出口味更佳的红酒,还有更加重要的作用,Reclari 说。当做细菌培养时,生物学家经常在一个大容器里把细胞和营养物质混合,然后摇晃,这非常像一个红酒迷对待一款最新的好葡萄酒。通过旋转把细菌的食物均匀分布到营养液中,同时去除了多余的二氧化碳。知道了液体在这样的容器中如何摇晃可以帮助实验室人员优化他们的培养方法,他补充说。

研究小组的这一发现是“简单的”但是却是“有用的”,位于德克萨斯州达拉斯的南卫理公会大学的应用数学家 Vladimir Ajaev 说。同时研究也很好地展示了看起来是日常生活中的物理——例如摇晃葡萄酒杯——是如何可能帮助科学家和工程师开发更好的实验工具。“起初看起来这可能只是一件有趣的事,”他说。“但是之后事实证明,它还有某些具体的用途。”

举个栗子:摇红酒的物理学原理,你知道吗?

(作者:Daniel Strain;翻译:RhettZhang;图片来源:Martino Reclari)


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建筑工地上施工员,闲暇时弄个博客打发时间,
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