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 中科院力学所

倒啤酒技巧的力学道理

力学园地
2015年01月09日

《力学园地》编辑部:

 您好!APEC期间带8岁的儿子回老家,吃饭时儿子给爷爷倒啤酒,他喜欢把瓶子拿的很高,可想而知,总是倒满一杯泡沫,啤酒没倒多少。我教他要把瓶口放在杯沿,倾斜杯子,让啤酒沿着杯沿缓缓倒入。儿子试验了一下,成功了,非常开心,还追着我问这是为什么。我特来请教力学方面的专家,希望能告诉我原因,我好给儿子一个正确的解释。谢谢!

一位爸爸

要回答这个问题得从气体的溶解度开始考虑,通常用单位体积水能溶解多少体积的二氧化碳气体来度量,称为溶解度,它是一个同温度和压强有关的量。温度低时溶解度大,高时溶解度小。在高压下溶解度大,低压时溶解度小。如果在高压条件下新鲜啤酒突然减小压强,就会分离出二氧化碳而冒泡。
静止在杯中的啤酒,压强各处基本上是均匀的,上层压强略小于杯底,所以也是表面冒泡稍多。但是如果杯中的啤酒产生了不均匀流动,则各点上的压强是不同的。从流体力学的伯努利定律知道,沿一根流线,速度大的地方局部压强小。在这些速度大的地方,便会产生大量的二氧化碳气泡。
这就是说,如果想让啤酒不冒泡地倒满杯子,就应当在倾倒的过程中,尽量减小啤酒杯中液体的相对速度,尽可能使注满杯子的过程变为准静态。如果把瓶子拿得很高往里倒,就会使抵达杯口的啤酒柱有较大的动量,而到达杯底时速度总是零,从而杯中的啤酒速度差加大。而瓶口靠近杯沿并使啤酒沿壁倒入时,一方面降低了啤酒从瓶口到接触杯子这段落差,使啤酒入杯时的动量减小从而减小了杯中的啤酒速度差;另一方面,杯子倾斜可以将啤酒柱对杯子的正冲击变为斜冲击,从而减小啤酒接触杯底瞬时的动量改变;再者斜溜过程,增加啤酒溜到杯底的路程,在这溜的过程中杯壁对啤酒的阻力可以减小啤酒到达杯底的速度。所以它便基本满足了尽可能准静态的要求,整个过程中泡沫就比较少了。

(胡漫根据相关资料摘编)