如何用 “蘸料動力學” 成為火鍋店最優雅的食客

剛剛結束的元旦假期～在冬日里來一頓暖暖的火鍋，是否會更加的讓人感受到心曠神怡。最近小編也在冬日里來了一頓美美的美食。

吃火鍋的過程一定少不了打蘸料的過程。但最近小編遇到了一件“怪事”。打蘸料的過程死活打不上來海鮮汁。用的勺子竟像漏勺一般。

此時不由的想起曾經在網上沖浪過程刷到的某網友....

嚇得小編立馬將碗里的海鮮汁倒掉。

這當然是假的啦。事實上出現這種不用吸管但卻有著類似于虹吸效應的，被稱為是無管虹吸效應。無管虹吸效應與虹吸效應雖然念著很像但實際上卻是兩種原理存在著明顯區別的物理現象。

對于虹吸效應來說，也被稱為是有管虹吸效應。這種有管虹吸效應主要是主要由于液體內的壓強差所導致以及重力的存在所導致的。

具體來說就是當液體在兩個存在著高度差的容器之間，利用一根充滿液體的U型（虹吸管）管連接兩個液體時，液體會產生自發流動（由高到低）的過程。

經典的實現虹吸效應的裝置

具體示例如上圖右邊兩個燒杯的情況。虹吸管里灌滿液體將管內的空氣盡可能的排盡。雖然兩邊的大氣壓相等，但是來液體端，高壓強端，能推動液體不斷流出U型管出口。在這個過程中，液體會自動從較高的液面經過高出液面的管段，流向較低的液面。由于受到重力和液體張力的作用，產生的壓強差能使液體可以克服管道的頂部高度。虹吸速度受伯努利方程的約束，速度由兩個容器的高度差決定，而管道頂部最大高度則受大氣壓強影響。

不過，上述的裝置產生的虹吸效應還需要一個“啟動”的過程，即是需要把先管內的液體充滿液體。

實際上，還有一種無需“啟動”過程的虹吸裝置，其利用的M型管也被稱為自啟動的虹吸管。

M型自啟動虹吸管，圖源[2]。

這種M型虹吸管，與U型管具有相似的特征，入口高度會高于出口高度。同時具有兩個影響自虹吸效應能否啟動的兩個關鍵點A和B。這種M型虹吸管放入液體中即可實現自虹吸現象。

自虹吸現象

不過隨著M型虹吸管不斷吸水的過程，當液面高度逐漸低于M型管的A點時，虹吸管內部會出現氣泡，導致液體不連續，虹吸效應也會逐漸停止。

自虹吸停止，液面低于A點時

還有一種情況即將M型虹吸管放入液體中，液體的初始動力不足以漫過高點B，也會導致這種自虹吸管無法實現自啟動。

自虹吸未能啟動，沒有漫過高點B時

總的來說，影響虹吸現象主要因素有以下幾點：

1

初始驅動力——大氣壓作用

當液體靜止時，大氣壓會對液面施加壓力，這種壓力推動液體進入虹吸管，是虹吸能夠啟動的關鍵條件之一。

2

粘滯阻力的影響

液體流過管壁時，分子之間以及與管壁之間會產生摩擦力，即粘滯阻力。它會消耗部分能量，使實際流速比理論值更慢，而且管子越細或越長，阻力影響就越明顯。

3

沿程損失與局部損失

液體在管道中流動時，不僅會在沿途持續損失能量（沿程損失），還會在彎頭、接口等位置產生額外的能量損失（局部阻力），這些都會削弱驅動壓，使虹吸效果降低。

4

表面張力與殘余空氣的影響

表面張力有助于液體“爬上”管道啟動虹吸，但如果管內存在空氣，就可能破壞完整的液柱，導致虹吸中斷。這些因素與阻力共同決定了虹吸能否成功及其效率。

而對于M型管出現的現象差異，主要在于AC段管長度與BC段的長度比例，AC段管過程導致彎頂處壓力不足，自虹吸無法啟動；而BC段過長則因流動阻力增大而使虹吸中斷;同時當A點露出液面時也會導致管內進入空氣，破壞液柱的完整也會造成虹吸中斷。

好了，分析了那么多有管虹吸現象后，那這又跟我們最開始提到到無管虹吸有什么異同呢？

對于無管虹吸現象來說，它與常規的虹吸現象非常像，直接來說就是，燒杯里面的液體往外流。只是無管虹吸發生的過程中無需接入管道，也可出現類似現象，就像下圖所示。

兩種虹吸現象的對比

雖然現象很像，但具體讓液體流動的原理可不一樣。對于無管虹吸來說，其里面的液體是一些高分子聚合物的水溶液，包含了的大分子常量，讓其具有一定粘彈性。可以想象一下這樣的液體既有著像膠水一樣黏糊糊的特性，也有著像繩子一樣的彈性。一旦將液體往外傾倒，液體就會受到拉伸作用，像鏈條一樣拖著杯子里面的液體源源不斷的向外流動。

鏈條“噴泉”

除此之外，利用針管吸引高分子聚合物也會產生出這種特殊的無管虹吸現象。

針管吸高分子液體

我們可以看到即使針管已經距離液面具有一定的高度了，但是這種高分子液體依然能夠被針管吸進去。可見，這個所謂無管虹吸效應，實際上是具有粘彈性的高分子聚合物水溶液，在彈性拉力的作用下運動，與有管虹吸的動力來源完全不同。

那么我們回到最開始的話題，為什么吃火鍋時去打海鮮汁總是會撈不起來呢？事實上是海鮮汁的粘稠度到了一定程度時所具有的粘彈性。而我們用勺子撈起來的時候，有部分海鮮汁流出勺子，順帶把勺子里面的海鮮汁給拖出去，結果就是一直都沒能打上.....

那怎么樣才算是吃火鍋打海鮮汁的最優雅打開方式呢？

（請參考下圖doge）

這樣的“蘸料動力學” 你學會了嗎？

參考資料

1.https://www.sohu.com/a/674028050_121124575

2.https://www.bilibili.com/video/BV1isUwB9Ee8/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&v3.d_source=7a99baa348afeb37f3a0335ace67ae2b

4.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1832685692783488215&wfr=spider&for=pc

5.https://www.zhihu.com/zvideo/1531111828352004096

6.https://zhuanlan.zhihu.com/p/197809110

7.https://www.bilibili.com/video/BV1Lu411n78S/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=7a99baa348afeb37f3a0335ace67ae2b

8.張麗.地理中的虹吸原理和虹吸效應[J].中學地理教學參考, 2012(1):2.

9.王振東.奇妙的非牛頓流體[J].力學與實踐,1998,(01):73-75.

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