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为什么菜油倒海上能救命?这道题美学霸国父也不会做(2)

时间:2020-04-08 12:38来源:澎湃新闻 www.yunhepan.com

  一开始富兰克林自己都不信油有这样的作用。有一次在英国南部克拉珀姆(Clapham)的大风天里,他把油倒在池塘上,结果附近果然没有起浪。

  看到了这一幕,富兰克林就有了耍人的想法。

  他经常拿着自己蘸着油的竹拐杖,告诉大家他要在水上徒手开平方了。然后他走到池塘附近,用拐棍在空中划三次,果然开出了个平圆,水面的皱纹都被弹走了。同行的小伙伴演员 David Garrick、法国哲学家 Abbe Morellet 都惊呆了。

  富兰克林后来把这个现象和英国皇家学会的会员 William Brownrigg 讨论了一番,但是没有讨论出什么结果。

  那么,为什么油能够镇浪呢?

  这和油的性质有关。

  首先,油在湖面上形成的这层油花,有且仅有一个分子那么厚,和你习题册里描述的一样。

三油酸甘油酯 图片来源:wikipedia三油酸甘油酯 图片来源:wikipedia

  为什么只有一个分子呢,这是因为油的主要成分——三油酸甘油酯分子的一面有一个亲水基,这个亲水基带负电荷,和水中带正电的水合氢离子H3O+结合起来,发生亲水搅基作用。

  所有的油分子都想和H3O+亲亲,只要给足够多的时间,它们也确实能做到,因此最后水面的油层就只有一个油分子那么厚,而且都是面朝大海,屁股开花的姿势。

  说油酸分子屁股开花是因为,三油酸甘油酯分子的另一端还有三个甲基(CH3),它们不喜欢水。和水接触后,它们仨就直直地插出水面,拗出开花的造型。

  这些姿势奇怪的油酸分子,实际上就变成了一个弹力面膜,这个弹力面膜有阻尼的作用,能够吸收波浪的能量。

  那么,镇浪油具体是怎么吸收能量的呢?2007年,斯坦福大学的物理学家 Peter Behroozi 和同事在 American Journal of Physics 上发表了一篇论文,用激光干涉计兴致冲冲地研究了镇浪油的原理。

  你大概认为镇浪油主要是靠表面张力?就像百度知道描述的那样?

  别听他乱讲哦

  其实不是,他们发现油花主要是靠吉布斯表面弹性(Gibbs surface elasticity)的作用弹走鱼尾纹的,表面张力只起到了次要的作用。

  具体来说,当波向右传播的时候,油花内部产生了纵波,也就是像抖抖抖的弹簧那样,振动方向与波的传播方向平行的波。

  纵波

  油花纵波的波峰和波谷的运动方向相反,这样的运动方式使油层和水之间产生了相当大的剪切力,压制了浪花。

  在下方的波浪的推动下,三油酸甘油酯单分子层(竖起来的那一排)内部产生了纵波。图片来源:(DOI)10.1119/1.2710482

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