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              為什么菜油倒海上能救命?這道題美學霸國父也不會做(2)

              時間:2020-04-08 12:38來源:澎湃新聞 damoshentu.com

                一開始富蘭克林自己都不信油有這樣的作用。有一次在英國南部克拉珀姆(Clapham)的大風天里,他把油倒在池塘上,結果附近果然沒有起浪。

                看到了這一幕,富蘭克林就有了耍人的想法。

                他經(jīng)常拿著自己蘸著油的竹拐杖,告訴大家他要在水上徒手開平方了。然后他走到池塘附近,用拐棍在空中劃三次,果然開出了個平圓,水面的皺紋都被彈走了。同行的小伙伴演員 David Garrick、法國哲學家 Abbe Morellet 都驚呆了。

                富蘭克林后來把這個現(xiàn)象和英國皇家學會的會員 William Brownrigg 討論了一番,但是沒有討論出什么結果。

                那么,為什么油能夠鎮(zhèn)浪呢?

                這和油的性質有關。

                首先,油在湖面上形成的這層油花,有且僅有一個分子那么厚,和你習題冊里描述的一樣。

              三油酸甘油酯 圖片來源:wikipedia三油酸甘油酯 圖片來源:wikipedia

                為什么只有一個分子呢,這是因為油的主要成分——三油酸甘油酯分子的一面有一個親水基,這個親水基帶負電荷,和水中帶正電的水合氫離子H3O+結合起來,發(fā)生親水攪基作用。

                所有的油分子都想和H3O+親親,只要給足夠多的時間,它們也確實能做到,因此最后水面的油層就只有一個油分子那么厚,而且都是面朝大海,屁股開花的姿勢。

                說油酸分子屁股開花是因為,三油酸甘油酯分子的另一端還有三個甲基(CH3),它們不喜歡水。和水接觸后,它們仨就直直地插出水面,拗出開花的造型。

                這些姿勢奇怪的油酸分子,實際上就變成了一個彈力面膜,這個彈力面膜有阻尼的作用,能夠吸收波浪的能量。

                那么,鎮(zhèn)浪油具體是怎么吸收能量的呢?2007年,斯坦福大學的物理學家 Peter Behroozi 和同事在 American Journal of Physics 上發(fā)表了一篇論文,用激光干涉計興致沖沖地研究了鎮(zhèn)浪油的原理。

                你大概認為鎮(zhèn)浪油主要是靠表面張力?就像百度知道描述的那樣?

                別聽他亂講哦

                其實不是,他們發(fā)現(xiàn)油花主要是靠吉布斯表面彈性(Gibbs surface elasticity)的作用彈走魚尾紋的,表面張力只起到了次要的作用。

                具體來說,當波向右傳播的時候,油花內(nèi)部產(chǎn)生了縱波,也就是像抖抖抖的彈簧那樣,振動方向與波的傳播方向平行的波。

                縱波

                油花縱波的波峰和波谷的運動方向相反,這樣的運動方式使油層和水之間產(chǎn)生了相當大的剪切力,壓制了浪花。

                在下方的波浪的推動下,三油酸甘油酯單分子層(豎起來的那一排)內(nèi)部產(chǎn)生了縱波。圖片來源:(DOI)10.1119/1.2710482

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