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这个物理现象,只有爱吃早饭的科学家才能发现

如果你喜欢在早餐时来上一碗牛奶泡谷物圈,你可能会发现,谷物圈并不会均匀地分布在牛奶表面,而是会聚在一起,或是贴着碗边分布。
不爱吃谷物圈也没关系,喝可乐或其他碳酸饮料时,你也可能注意过类似的现象:汽水表面的泡沫或是聚成一团,或是贴着杯壁,总之很少有零星的小泡泡独自游荡。
其实,不止是谷物圈和泡沫这种密度比水小的物体,那些密度比水大的物体也能产生类似的现象。比如,若你让几枚图钉或曲别针漂在水面,它们靠近时也会相互吸引。但当一枚图钉与一粒谷物圈相遇,则会相互排斥。
这个最早发现于早餐中的现象引起了物理学家的注意,它也因此拥有一个很“好吃”的名称:“谷物圈效应”(Cheerios Effect)。
“谷物圈效应”
事实上,“谷物圈效应”早在70年前就被发现并引发过讨论,但直到2005年,哈佛大学的科学家才首次对该现象进行了详细解释和模型计算。相关论文发表于《美国物理杂志》,其作者之一L. Mahadevan热衷于用物理原理解释日常生活中的现象,比如观察油漆干燥的过程、纸片下落的过程,以及研究折纸中的结构力学和墨水中的流体力学等。
根据论文的解释,“谷物圈效应”源于表面张力和毛细现象带来的液面变形。当能够产生液面变形的两个物体靠近时,由于系统的重力势能和表面能倾向于最低,物体之间就会互相吸引或排斥。
你可以想象一个足够软的沙发垫,在上面放两个球,球就会滚到一起。“谷物圈效应”也是类似的情况。当你将两枚图钉放到水面上时,表面张力使它们不会沉入水底,只会在水面形成两个凹坑。当它们靠近时,凹坑会合并,两枚图钉也会碰到一起。