茶壶效应：一个困扰科学家很久的问题，为什么茶水会沿杯壁下流？

爱喝茶且细心的人一定会注意到，日常喝茶的时候，茶壶往杯子里倒水，当水还没有倒进杯子里，你会发现水顺着壶嘴滴了下来，你会觉得很奇怪还是日常？有想过为什么吗？

科学家们将这种现象称之为“茶壶效应”。

“茶壶效应”关键在于壶嘴边缘下方形成的水滴大小。如果倒茶的速度低于临界值，水滴就会变大，让茶水滴落到壶中。

那么“茶壶效应”是什么时候被发现的呢？为什么会发生这种水倒出会附着在壶嘴顺流的现象？

茶壶效应是在1956年，由一位来自以色列，叫马克思莱纳教授（Markus Reiner）首次提出来的。

这位教授还帮助开创了流变学领域，也就是研究液体是如何流动的。他想当然地认为，是表面张力让这种现象出现的。

表面张力是指液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。

是不是很难理解？其实观察一下我们的生活，就知道了。

拿我们身边很常见的现象做例子：早晨凝聚在叶片、花瓣上的水滴、水龙头缓缓垂下的水滴、雨滴在枝头悬而不落，以及水会高出杯口一点点但是却不向外露出来，这些都是表面张力的结果。

这位叫马克思莱纳的教授，做了一系列的实验，想探究“茶壶效应”背后的物理原理。

有一张图表明，随着流速的增加，水柱会离壶身越来越远了。速度越快，拥有的动能也就越快，也就越能改变出水时的运动方向。

但是我们不禁要问，为什么流速慢时水柱就会被壶身附着过去呢？

他没有给出自己的物理解释，但是他希望能够引起别人的注意，让后来人研究并探索出物理答案。

果然，随后在1986年，斯坦福大学工程师和数学家约瑟芬凯勒（ Joseph B. Keller ）发表了一篇论文，指出滴水是由于气压造成的，而不是表面张力。

这篇论文为他们赢得了1999年的诺贝尔奖，这个奖项的名字更有趣，叫搞笑诺贝尔奖。

根据约瑟芬凯勒的说法，液体的压力在浇口处低于周围的空气，后者将茶水推到壶嘴外面。基本的工作原理和影响茶壶效应的三个因素有：

第一，流体流速的惯性作用。高流速，最接近茶壶壶嘴的那层液体会分离，因此流动很顺畅，不会滴落。

低流速，当发生流动分离时，这层液体会重新附着在壶嘴表面，从而导致水滴外漏的流动。再通俗一点，就是越快越不会往外露。

第二，壶嘴边缘的弯曲程度。简单一句话就是薄而锐利的壶嘴，在我们倒水的时候不会滴水，会更从容一点。相反就会急迫一点。

第三，材质的可湿性，也可以理解为亲水性或疏水性。也就是液体润湿贴近固体表面的能力。

意思是，液体越容易亲近杯子材质，就越不会滴漏。可以看看平常使用的玻璃杯、陶瓷碗，它们的边缘，能够看到一个小小的向上的弧度。

物理学上解释，就是材料上许多细小的孔道会产生毛细作用牵拉液体，因此在壶身上镀一层亲水性材料，你会发现，无论水流速是快还是慢，它的方向始终是垂直向下的。

是不是觉得很神奇？研究到这里，远远还是不够的。科学家们已经阐述了材料特性尤其是可湿性对茶壶效应的影响。

那么如何有效地控制茶壶效应不让它发生？

2019年来自荷兰的几位学者又设计出一个有趣的实验。

他们将直径为0.5毫米的毛细水流倾斜30度后，喷向了一根直径为三毫米的垂直玻璃圆柱。

从几张图中我们可以看出，当流速变慢，水柱依旧会表现出“茶壶效应”，只不过当速度降至0.5毫升每秒时，水柱直接环绕着玻璃柱并盘旋在上面。

即使在后来增加流速，这个螺旋结构也没有消失。

后来研究人员改变了玻璃管的直径和材质，结果也是一样的。只要射流完全粘附在固体上，就会形成一个液体螺旋。

那是不是表明，如果这个螺旋形成的阈值条件被找到了，我们是不是就可以控制茶壶效应了呢？

也就是说茶壶效应是可以被解决的。如果真的解决了，这将会轰动世人吧，估计也会轰动商人。

总之，这依然值得未来的科学家继续研究和探讨。

那我们在地球会发生“茶壶效应”，在宇宙空间站也会这样吗？

2021年10月，我国的神舟十三号载人飞船在酒泉卫星发射中心点火发射，翟志刚、王亚平、叶光富三名航天员飞上太空。

那么令人好奇的是，他们在太空中喝茶的时候会有“茶壶效应”吗？

根据最终“茶壶效应”的物理原理来看，与其它作用力相比，重力虽然不起决定性作用，但会决定水流方向。

空间站完全没有重力，所以是不会有“茶壶效应”的。

没想到这小小的生活日常，也能研究出那么多科学和复杂的知识和理论。

这个“茶壶效应”，其实不仅仅限制于茶壶，碗，杯子，滴水的屋檐等等这些都是可以观察到的，也同样适用。

如果您是老师，或者家里有孩子，用这个生活知识和学生或者孩子沟通，甚至作为职场谈资，是不是也是一个很好的话题？您会运用这个科学原理来解释“茶壶效应”了吗？

相信在不久的将来，这个问题也会一步步得到解答。

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