昨天喝剩的饮料瓶还在吗？进来看水珠贴贴表演啦！| 正经玩

原创：中科院物理所

或许同学们偶尔遇到过这样的现象？

水龙头的水柱溅到水槽中时，

有几粒小水珠快速地沿着水面飞奔，

像热锅中滴入的水珠一般；

或是用手指敲击桶装饮水机的桶壁时，看到一些飘忽不定的小水球。

今天我们就来用饮料瓶来实验一下~

实验器材

所标杯、各种饮料瓶、洗洁精、尺子

实验过程

首先我们随便拿来一瓶饮料

稍微喝掉一些

一手在瓶盖处按住它

另一只手用尺子大力敲击液面下方一厘米左右的位置

嗨！嗨嗨嗨！

……

无事发生，貌似只是把气泡水中的气泡打上来了

敲的时候感觉力都被弧形的瓶壁散掉了

我们用方形的饮料瓶试试

正好瓶中是带颜色的液体方便观察

嗨！

OHHHHH~

虽然短暂，但还是能看到大小不一的水珠

和平时看到的气泡完全不一样

它们不仅是存在于液面上方的

而且非常好动

那我们用方瓶子装一些带颜色的碳酸饮料试试看

还是一样，

瞄准液面下方一点点的位置，敲！

果然含气的饮料还是更胜一筹

不仅水珠数量多、持续时间长

还有各种有意思的互动

对于如此强大的碳酸饮料

其实换回圆瓶

如果利用口径变化带来的斜面去击打液面

也是能起到一定效果的

小编在尝试各种液体时

发现加入少量洗洁精的水稍微敲击

就能激起很多很多的小水珠

（可以通过光的折射图案来分辨水珠与气泡

气泡的薄膜会产生彩虹般的干涉条纹

而水球的透镜现象格外明显）

不过这里激起的小水珠没有之前那么喜欢直线冲刺

反而喜欢聚在一起贴贴

它们的原理也和之前的不同哦

原理解说

关于水滴短暂地浮于水面而不与水体融合这一现象，从19世纪末就有科学家尝试解释。而从21世纪以来，科学家对于不同条件下形成的暂留水珠有着不同的解释，比如水面有流动、水体上下振动、水滴与水体有温度差，等等。不过他们相同的地方都在于水滴和水面之间存在流动的空气层，而这层空气不仅托着水珠不让其坠入水体中，也推动着水珠向前移动。在较近的一篇工作里[1] ，研究团队证明了在静态的水面上浮起的小水珠会缓慢地转动，并且水珠的前进与水面产生的表面波无关，完全由水珠底部的空气流动为主导。在其它的文献中有研究过这个空气层的厚度在10微米的量级，所以肉眼几乎看不见。

而想要在饮料瓶中敲出来小水珠，就需要一个合适的发力点与发力面：首先是这个敲击得尽可能地引起水面的振动，这样可以敲出更小的水珠；其次是通过敲击方形水瓶的棱时，敲击的力能更好地传递到水的表面的一个局部，从而将表面波峰处的部分水激起，变成小水珠。或者对于圆形的饮料瓶，可以将液面控制在半径逐渐变大的漏斗状区域，从而在敲击时可以给到一个向上的分力方便激起水珠。

对于液体的选择，在小编的多次尝试下发现碳酸饮料最容易形成留在表面的小水珠、含气苏打水其次，而普通的纯净水需要尝试很多次才会观察到小水珠。小编推测在敲击瓶身时，液体内气体的逸出很可能会促进水珠下流动空气层的形成，所以使用溶解气体非常不稳定的碳酸饮料时现象最为明显。

当然在最后，小编使用了加入少量洗洁精的水制造了大量的小水珠，不过这些小水珠形成的原理就与上边的那些不同了。这些小水珠与水面上都“插着”一些一边亲水一边疏水的分子，所以裸露出来的疏水基团之间的斥力托住了小水珠。不过由于这些小水珠并非是由流动空气层托起的，它们也便没有高速移动的倾向，所以会团聚在一起。相比之下还是那些由空气推动的小水珠更有趣一些~

参考文献

[1] K. L. Law and H.-Y. Chu, “ Bowling water drops on water surface,” Phys. Fluids 31, 067101 (2019).

[2] C. Pirat, L. Lebon, F. Antoine, J.-S. Roche, and L. Limatm, “Gyroscopic instability of a drop trapped inside an inclined circular hydraulic jump,” Phys. Rev. Lett. 105, 084503 (2010).