為什麼菜油倒海上能救命？這道題美國學霸國父也不會做_風聞

【本文由公眾號“把科學帶回家”提供，ID：steamforkids】

中學物理有一道經典的題，那就是用油鋪在水面上的面積估算油分子的直徑。

這是一個正經的物理實驗，不是命題組老師為了為難你瞎編的。第三代瑞利男爵、歐文·朗繆爾等物理學家就在一百年前做過。可是，這個實驗還有個更有趣的副本，許多人沒有玩過。

是這樣的，這層油花，可以平息海浪。

有人已經做過了這個實驗，把普通的食油biu倒入池塘，然後池塘就鏡面化了。（戳鏈接看視頻）

看到木有，浪不起來了，彷彿這個世界雨我無瓜。

如果在航海的時候在船附近撒上油，是不是就可以面對疾風，乘風破浪了呢？

沒錯，這就是鎮浪油的起源。水手在遇到大風大浪的時候，會把船上的菜油全部倒到海里，讓船體附近變得平滑可導。

古代就有這樣的鎮浪油技術了，最早可以追溯到公元前350年亞里士多德的記載。亞里士多德説，潛水者在下潛前會在水面撒上一層油花，這樣子海面就會變得局部平靜，日光就可以射入潛水區域了。

捕鯨船在穿越深水區時也會在船上掛上鯨脂，給海面抹油。

近代在執行營救任務的時候，搜救船隻也常常帶着鎮浪油油壺。比如，英國1894年制定的《商運法》（Merchant Shipping Act）就要求英國船隻攜帶鎮浪油。

鎮浪油袋 圖片來源：rmg.co.uk

泰坦尼克號的時代趕上了這部《商運法》，所以泰坦尼克號上的救生船也有鎮浪油。理論上，泡在水裏的傑克身上應該是油乎乎的，肉絲可以把他點亮取暖。

美國海運管理處（United States Maritime Service）的訓練手冊裏就包括在救生艇上塞入鎮浪油。美國海岸警衞隊（USCG）也曾要求救生艇攜帶鎮浪油，不過在1983年，這個要求被取消了。

實際上，我們在海面上看到的不少石油並不是意外泄漏，而是故意放出來的鎮浪油。比如在1973年3月18日，在波多黎各西南部航行的油輪 Zoe Colocotronis 就把150萬加侖的原油倒入海中，方便船隻航行。

英語裏有 to pour oil on troubled waters（息事寧人）的習語，也是從這個現象來的。

那個玩閃電的男孩、美國開國元勳兼科學家富蘭克林也和鎮浪油發生過交集，他還用這一招迷惑了不少小朋友。

1757年，在加拿大新斯科舍（Nova Scotia）附近航行的時候，富蘭克林注意到有兩艘船附近的海浪很平靜。富蘭克林從船長那裏得知，這兩艘船的廚子把油撒到了水面上。

一開始富蘭克林自己都不信油有這樣的作用。有一次在英國南部克拉珀姆（Clapham）的大風天裏，他把油倒在池塘上，結果附近果然沒有起浪。

看到了這一幕，富蘭克林就有了耍人的想法。

他經常拿着自己蘸着油的竹枴杖，告訴大家他要在水上徒手開平方了。然後他走到池塘附近，用枴棍在空中劃三次，果然開出了個平圓，水面的皺紋都被彈走了。同行的小夥伴演員 David Garrick、法國哲學家 Abbe Morellet 都驚呆了。

富蘭克林後來把這個現象和英國皇家學會的會員 William Brownrigg 討論了一番，但是沒有討論出什麼結果。

那麼，為什麼油能夠鎮浪呢？

這和油的性質有關。

首先，油在湖面上形成的這層油花，有且僅有一個分子那麼厚，和你習題冊裏描述的一樣。

三油酸甘油酯 圖片來源：wikipedia

為什麼只有一個分子呢，這是因為油的主要成分——三油酸甘油酯分子的一面有一個親水基，這個親水基帶負電荷，和水中帶正電的水合氫離子H3O+結合起來，發生親水攪基作用。

所有的油分子都想和H3O+親親，只要給足夠多的時間，它們也確實能做到，因此最後水面的油層就只有一個油分子那麼厚，而且都是面朝大海，屁股開花的姿勢。

説油酸分子屁股開花是因為，三油酸甘油酯分子的另一端還有三個甲基（CH3），它們不喜歡水。和水接觸後，它們仨就直直地插出水面，拗出開花的造型。

這些姿勢奇怪的油酸分子，實際上就變成了一個彈力面膜，這個彈力面膜有阻尼的作用，能夠吸收波浪的能量。

那麼，鎮浪油具體是怎麼吸收能量的呢？

2007年，斯坦福大學的物理學家 Peter Behroozi 和同事在 American Journal of Physics 上發表了一篇論文，用激光干涉計興致沖沖地研究了鎮浪油的原理。

你大概認為鎮浪油主要是靠表面張力？就像百度知道描述的那樣？

別聽他亂講哦

其實不是，他們發現油花主要是靠吉布斯表面彈性（Gibbs surface elasticity）的作用彈走魚尾紋的，表面張力只起到了次要的作用。

具體來説，當波向右傳播的時候，油花內部產生了縱波，也就是像抖抖抖的彈簧那樣，振動方向與波的傳播方向平行的波。

縱波

油花縱波的波峯和波谷的運動方向相反，這樣的運動方式使油層和水之間產生了相當大的剪切力，壓制了浪花。

在下方的波浪的推動下，三油酸甘油酯單分子層（豎起來的那一排）內部產生了縱波。圖片來源：（DOI）10.1119/1.2710482

為了證實的確是吉布斯表面彈性，而不是表面張力或黏度的作用， 這些物理學家還用水和丙酮的混合液做了實驗。

他們發現，雖然水和丙酮的混合液的表面張力和橄欖油類似，但是卻還是能浪，這證明油層帶來的表面彈性是真的重要。

划船不靠槳全靠浪，去皺不靠揉全靠油。