每次倒茶总是弄撒？背后物理学原理大揭秘！

中国人自古以来就爱茶，各式各样的茶壶数不胜数。但这些茶壶都有一个共同的特点——一不小心就容易滴得满桌都是。这就是“茶壶效应”。

1965年，马库斯·莱纳首次描述了“茶壶效应”，指的是液体在倒得太慢时，会顺着壶的一侧滴落，而不是形成一个独立的水流。56年以来，物理学家一直在研究这一现象背后的原理。直到现在，维也纳技术大学（TU Wien）领导的一个团队才成功地从理论上完全理解了这种效应发生的原因。“茶壶效应”的关键在于在壶嘴边缘的下方形成的水滴大小。如果倒茶的速度低于一个临界值，水滴就会变得很大，足以引导整个茶水流向壶口边缘，导致茶水滴落到壶中。

虽然这是一个非常常见且看似简单的效果，但要在流体力学的框架内准确解释它是非常困难的。因此在对这一效应进行建模的同时，研究人员还用高速摄像机拍摄了以不同速度倒茶的过程，使他们能够确认这一转变。

根据该团队的说法，支撑茶叶从壶嘴中流出的数学原理涉及惯性力和毛细力的复杂相互作用。(这种力正是将沙堡中的沙粒固定在一起并允许组织吸收水分的力量）。具体来说，前者的作用是确保流动的液体倾向于保持其原有方向。与此同时，后者则通过在茶壶壶嘴末端处减缓液体的速度，形成更大的水滴来对抗这种作用。

因此，当毛细力足够强大时，茶水就会满溢出来，而不是倒出来。对于生活中具体的某一个茶壶来说，这种转换来自于在壶嘴和流动的液体表面之间的特定接触角度。研究小组解释说，这个角度越小，或者说茶壶的材料越可湿润（或“亲水”），液体流从壶嘴分离的速度就越慢。

这项研究是人类首次成功地从理论上解释了“茶壶效应”的原因，以及为什么茶壶嘴尖尖的底部总是湿湿的。

研究人员还考虑了重力在茶壶效应中的作用程度，但得出的结论是，与所涉及的其他力量相比，它并没有决定性的作用。他们指出，重力确实决定了流体喷流的方向，但它的强度对该效应的发展并不重要。

该研究的全部结果发表在《流体力学杂志》上，题为"Developed liquid film passing a smoothed and wedge-shaped trailing edge: small-scale analysis and the ‘teapot effect’ at large Reynolds numbers"。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文

https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/developed-liquid-film-passing-a-smoothed-and-wedgeshaped-trailing-edge-smallscale-analysis-and-the-teapot-effect-at-large-reynolds-numbers/96E58273086ADFBC27DCFF7E04164575