昨天喝剩的飲料瓶還在嗎？進來看水珠貼貼表演啦！| 正經玩_風聞

原創：中科院物理所

或許同學們偶爾遇到過這樣的現象？

水龍頭的水柱濺到水槽中時，

有幾粒小水珠快速地沿着水面飛奔，

像熱鍋中滴入的水珠一般；

或是用手指敲擊桶裝飲水機的桶壁時，看到一些飄忽不定的小水球。

今天我們就來用飲料瓶來實驗一下~

實驗器材

所標杯、各種飲料瓶、洗潔精、尺子

實驗過程

首先我們隨便拿來一瓶飲料

稍微喝掉一些

一手在瓶蓋處按住它

另一隻手用尺子大力敲擊液麪下方一釐米左右的位置

嗨！嗨嗨嗨！

……

無事發生，貌似只是把氣泡水中的氣泡打上來了

敲的時候感覺力都被弧形的瓶壁散掉了

我們用方形的飲料瓶試試

正好瓶中是帶顏色的液體方便觀察

嗨！

OHHHHH~

雖然短暫，但還是能看到大小不一的水珠

和平時看到的氣泡完全不一樣

它們不僅是存在於液麪上方的

而且非常好動

那我們用方瓶子裝一些帶顏色的碳酸飲料試試看

還是一樣，

瞄準液麪下方一點點的位置，敲！

果然含氣的飲料還是更勝一籌

不僅水珠數量多、持續時間長

還有各種有意思的互動

對於如此強大的碳酸飲料

其實換回圓瓶

如果利用口徑變化帶來的斜面去擊打液麪

也是能起到一定效果的

小編在嘗試各種液體時

發現加入少量洗潔精的水稍微敲擊

就能激起很多很多的小水珠

（可以通過光的折射圖案來分辨水珠與氣泡

氣泡的薄膜會產生彩虹般的干涉條紋

而水球的透鏡現象格外明顯）

不過這裏激起的小水珠沒有之前那麼喜歡直線衝刺

反而喜歡聚在一起貼貼

它們的原理也和之前的不同哦

原理解説

關於水滴短暫地浮於水面而不與水體融合這一現象，從19世紀末就有科學家嘗試解釋。而從21世紀以來，科學家對於不同條件下形成的暫留水珠有着不同的解釋，比如水面有流動、水體上下振動、水滴與水體有温度差，等等。不過他們相同的地方都在於水滴和水面之間存在流動的空氣層，而這層空氣不僅託着水珠不讓其墜入水體中，也推動着水珠向前移動。在較近的一篇工作裏[1] ，研究團隊證明了在靜態的水面上浮起的小水珠會緩慢地轉動，並且水珠的前進與水面產生的表面波無關，完全由水珠底部的空氣流動為主導。在其它的文獻中有研究過這個空氣層的厚度在10微米的量級，所以肉眼幾乎看不見。

而想要在飲料瓶中敲出來小水珠，就需要一個合適的發力點與發力面：首先是這個敲擊得儘可能地引起水面的振動，這樣可以敲出更小的水珠；其次是通過敲擊方形水瓶的稜時，敲擊的力能更好地傳遞到水的表面的一個局部，從而將表面波峯處的部分水激起，變成小水珠。或者對於圓形的飲料瓶，可以將液麪控制在半徑逐漸變大的漏斗狀區域，從而在敲擊時可以給到一個向上的分力方便激起水珠。

對於液體的選擇，在小編的多次嘗試下發現碳酸飲料最容易形成留在表面的小水珠、含氣蘇打水其次，而普通的純淨水需要嘗試很多次才會觀察到小水珠。小編推測在敲擊瓶身時，液體內氣體的逸出很可能會促進水珠下流動空氣層的形成，所以使用溶解氣體非常不穩定的碳酸飲料時現象最為明顯**。**

當然在最後，小編使用了加入少量洗潔精的水製造了大量的小水珠，不過這些小水珠形成的原理就與上邊的那些不同了。這些小水珠與水面上都“插着”一些一邊親水一邊疏水的分子，所以裸露出來的疏水基團之間的斥力托住了小水珠。不過由於這些小水珠並非是由流動空氣層托起的，它們也便沒有高速移動的傾向，所以會團聚在一起。相比之下還是那些由空氣推動的小水珠更有趣一些~

參考文獻

[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).