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吸管放入碳酸饮料中会上升,有时会翻出杯子边缘......

来源:知乎 阿黄sweetgirl 浏览 425 次 发布时间:2021-08-07

吸管放入碳酸饮料中?当一根吸管被放置于一杯碳酸饮料里时,吸管会上升,有时会翻出杯子边缘。研究并解释吸管的运动并且确定吸管翻出时的条件。


题主问题提了这么久还在发出对此问题的邀请,说明题主对目前的答案不太满意或者还是不太明白。我看了目前的答案,发现虽然有一个详细解释了这个现象。但是好像没法解释题主说的碳酸饮料的特殊性。题主再次发出问题邀请的原因,是不是也想知道为什么碳酸饮料会出现这种现象,而非碳酸饮料不出现这种现象?


如果真是这样,那就要考虑碳酸饮料的特殊性。即饮料中气泡的存在对吸管行为的影响。


有一个答案已经指出了吸管表面对气泡的吸附而导致翻出,但是过于简练,非表面物理化学专业的人士很难看清其直接的关联。下面我简要解释一下。


物质依据其表面能的大小,有亲水和疏水之分。玻璃等高表面能的物体属于亲水的,所以容易粘附水滴。一些塑料,蜡烛,荷叶等表面是低表面能的物体,表面不容易粘附水滴,所以在这些表面上水滴容易被抖落。气泡和水滴有类似之处,相反的是,水中的气泡容易粘附在疏水的界面上。所以当吸管放入碳酸饮料中,饮料中产生的气泡会被吸管粘度。吸管表面上的一层气泡,可以显著增大吸管的浮力。浮力使吸管上升,就像其他回答那样,最终因力矩的作用,翻出来。至于题主说的翻出的具体条件是什么,情形很复杂,很难做到定量分析,下面做简单的定性分析。


第一阶段:气泡的浮力加上吸管的浮力大于吸管的重力,吸管加速上升阶段。如下图所示

这时上升过程中,吸管可能因为左右两侧吸附的气泡数量不同而发生浮力差异而倾斜。也可能因为外界扰动而发生倾斜,反正吸管竖直上升的可能性很小。习惯倾斜碰到瓶壁后继续上升,上升带来气泡的减少,吸管自身浮力的下降。当浮力减小到小于重力时,这时开始i减速,直到速度为零。如下图所示;

达到位置最高时,速度为零,这时,重力大于浮力,重力矩的作用下,加速倾斜。那么什么情形下,吸管会翻出来呢?显然是吸管翻出时,不被瓶壁阻挡时,才可以翻出来。

即当满足上图的几何关系时,吸管才会翻出来。显然是倾斜时,吸管向上的速度越大,越容易翻出来。吸管向上速度大小跟气泡的黏附量有关,而气泡的黏附量与吸管的表面积和表面能,溶液中的气泡量等都有关。