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表面张力|水能逆流而上？！这真的不是电影特效

表面张力|水能逆流而上？！这真的不是电影特效
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撰文 七君
俗话说 ， 水往低处流 。 可是12年前 ， 有人发现了水可以逆流而上 。
 
不信 ， 大家看这里——
 
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紫色的颗粒沿着水流向上爬升
 
看到木有 ， 水面的粉末随着逆行的水流回到了上方的容器里 。 可以 ， 这很信条 。
 
所以 ， 这水是看了诺兰新片了吗？倒不是 ， 这个现象是在2008年金融危机爆炸那年被一个叫做 S. Bianchini 的物理系少年发现的 ， 距今已有12年 。
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阿根廷的传统马黛茶
 
当时 ， 来自阿根廷的 Bianchini 正在泡阿根廷的传统马黛茶 ， 马黛茶是用巴拉圭冬青叶子制作的 ， 茶叶是粉末状的 。 当他倒水的时候 ， 猛地发现茶叶竟然倒行逆施 ， 自动飘到了茶壶里 。
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倒水时 ， 如果壶嘴和下方液面距离很近 ， 茶叶就会逆流而上 ， 来到水壶里 。
Bianchini 的导师也没见过这种操作 ， 于是后来 Bianchini 同学用这个做了毕业论文 ， 然后顺利毕业了 。
 
在论文中 ， 他用马黛茶叶还有粉笔末在实验条件下重复了上述现象 。 Bianchini 认为 ， 这个现象并不是咱们在生活中常见的毛细现象导致的 ， 而是由于马拉高尼效应 。
马拉高尼效应咱们以前也讲过 ， 表面张力不同的液体之间形成水流 。 咱们平时看到的酒杯挂壁 ， 还有风油精小船都是马拉高尼效应导致的 。
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马拉高尼效应还可以用来让液滴自动解迷宫 ， 超有趣的 ， 回顾点这里 。
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Bianchini 通过实验发现 ， 马黛茶还有粉笔末可以减少下方液体的表面张力 ， 因此上游的水表面张力大 ， 下游的水表面张力小 。 而表面张力大的地方可以把表面张力小的地方的液体吸过去 ， 形成马拉高尼流 ， 所以水才可以倒流 。
这个反直觉的物理现象说明 ， 上游的水不一定比下游的干净 ， 因为下游可以反过来污染上游 。 因此后来这个现象就被取名为逆流污染（upstream contamination） 。
过了几年 ， 罗格斯大学的工程学教授 Troy Shinbrot 对这个现象产生了兴趣 ， 于是找了个学生和 Bianchini 用更复杂的实验再次验证了一番 ， 并把结果发表在了2013年的 Proceedings of the Royal Society A 上 。
Shinbrot 他们用马黛茶叶还有粉笔末发现 ， 逆流污染现象确实存在 ， 液体可以向上攀升1厘米的高度 。 哪怕上方滴水处宽度达到几米 ， 这个现象依旧存在 ， 冷水和滚水同样会出现逆流污染 。
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逆流污染
 
Shinbrot 他们也再次验证了表面张力在逆流污染中的作用 。 经过测量 ， 他们发现加了粉笔末以后 ， 水的表面张力减小至原来的一半 ， 加了茶叶以后减小至原来的1/3 。
经过计算 ， 加入粉笔末后 ， 减少的表面张力可以给漂浮在水上的粉末提供20倍的重力加速度 ， 推动它逆流而上 。
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逆流污染
那么问题来了 ， 如果这个现象真的是表面张力差导致的 ， 那么消除上游和下游的表面张力差 ， 水是不是就无法倒流了呢？
他们也测试了一下 。 他们在上游的水中加入了表面活性剂苯扎氯铵 ， 减少上游的表面张力 。 果然 ， 这么干了之后水就不会倒流了 。
实际上 ， 2002年麻省理工学院（MIT）的应用数学教授 John W M Bush 和同事也发现 ， 如果在下方水池里加入表面活性剂 ， 那么下方的水能够沿着瀑布倒流 ， 逆行的高度最高可达到2厘米 。
当然对于要做实验的研究者还有制药企业来说 ， 这个现象还是很烦人的 ， 这意味着用滴管的时候 ， 下面的物质可能反过来污染滴管里的液体 。


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