如何用 “蘸料动力学” 成为火锅店最优雅的食客|动力学|大气压|液面|火锅店|虹吸管|表面张力

刚刚结束的元旦假期～在冬日里来一顿暖暖的火锅，是否会更加的让人感受到心旷神怡。最近小编也在冬日里来了一顿美美的美食。

吃火锅的过程一定少不了打蘸料的过程。但最近小编遇到了一件“怪事”。打蘸料的过程死活打不上来海鲜汁。用的勺子竟像漏勺一般。

此时不由的想起曾经在网上冲浪过程刷到的某网友....

吓得小编立马将碗里的海鲜汁倒掉。

这当然是假的啦。事实上出现这种不用吸管但却有着类似于虹吸效应的，被称为是无管虹吸效应。无管虹吸效应与虹吸效应虽然念着很像但实际上却是两种原理存在着明显区别的物理现象。

对于虹吸效应来说，也被称为是有管虹吸效应。这种有管虹吸效应主要是主要由于液体内的压强差所导致以及重力的存在所导致的。

具体来说就是当液体在两个存在着高度差的容器之间，利用一根充满液体的U型（虹吸管）管连接两个液体时，液体会产生自发流动（由高到低）的过程。

经典的实现虹吸效应的装置

具体示例如上图右边两个烧杯的情况。虹吸管里灌满液体将管内的空气尽可能的排尽。虽然两边的大气压相等，但是来液体端，高压强端，能推动液体不断流出U型管出口。在这个过程中，液体会自动从较高的液面经过高出液面的管段，流向较低的液面。由于受到重力和液体张力的作用，产生的压强差能使液体可以克服管道的顶部高度。虹吸速度受伯努利方程的约束，速度由两个容器的高度差决定，而管道顶部最大高度则受大气压强影响。

不过，上述的装置产生的虹吸效应还需要一个“启动”的过程，即是需要把先管内的液体充满液体。

实际上，还有一种无需“启动”过程的虹吸装置，其利用的M型管也被称为自启动的虹吸管。

M型自启动虹吸管，图源[2]。

这种M型虹吸管，与U型管具有相似的特征，入口高度会高于出口高度。同时具有两个影响自虹吸效应能否启动的两个关键点A和B。这种M型虹吸管放入液体中即可实现自虹吸现象。

自虹吸现象

不过随着M型虹吸管不断吸水的过程，当液面高度逐渐低于M型管的A点时，虹吸管内部会出现气泡，导致液体不连续，虹吸效应也会逐渐停止。

自虹吸停止，液面低于A点时

还有一种情况即将M型虹吸管放入液体中，液体的初始动力不足以漫过高点B，也会导致这种自虹吸管无法实现自启动。

自虹吸未能启动，没有漫过高点B时

总的来说，影响虹吸现象主要因素有以下几点：

初始驱动力——大气压作用

当液体静止时，大气压会对液面施加压力，这种压力推动液体进入虹吸管，是虹吸能够启动的关键条件之一。

粘滞阻力的影响

液体流过管壁时，分子之间以及与管壁之间会产生摩擦力，即粘滞阻力。它会消耗部分能量，使实际流速比理论值更慢，而且管子越细或越长，阻力影响就越明显。

沿程损失与局部损失

液体在管道中流动时，不仅会在沿途持续损失能量（沿程损失），还会在弯头、接口等位置产生额外的能量损失（局部阻力），这些都会削弱驱动压，使虹吸效果降低。

表面张力与残余空气的影响

表面张力有助于液体“爬上”管道启动虹吸，但如果管内存在空气，就可能破坏完整的液柱，导致虹吸中断。这些因素与阻力共同决定了虹吸能否成功及其效率。

而对于M型管出现的现象差异，主要在于AC段管长度与BC段的长度比例，AC段管过程导致弯顶处压力不足，自虹吸无法启动；而BC段过长则因流动阻力增大而使虹吸中断;同时当A点露出液面时也会导致管内进入空气，破坏液柱的完整也会造成虹吸中断。

好了，分析了那么多有管虹吸现象后，那这又跟我们最开始提到到无管虹吸有什么异同呢？

对于无管虹吸现象来说，它与常规的虹吸现象非常像，直接来说就是，烧杯里面的液体往外流。只是无管虹吸发生的过程中无需接入管道，也可出现类似现象，就像下图所示。

两种虹吸现象的对比

虽然现象很像，但具体让液体流动的原理可不一样。对于无管虹吸来说，其里面的液体是一些高分子聚合物的水溶液，包含了的大分子常量，让其具有一定粘弹性。可以想象一下这样的液体既有着像胶水一样黏糊糊的特性，也有着像绳子一样的弹性。一旦将液体往外倾倒，液体就会受到拉伸作用，像链条一样拖着杯子里面的液体源源不断的向外流动。