对于睡眼惺忪的人们来说，把满满一杯咖啡从厨房端到餐厅并非易事。随着人的步伐，咖啡的液面也会晃个不停，稍一手抖就要从杯口溢出来。但是，表面覆盖着泡沫的拿铁咖啡情况却有所不同。这些泡沫不仅提供了保温和咖啡拉花的创作空间，它们还具有卓越的减震功能——这是最近发表在《流体物理期刊》(journal Physics of Fluids)上的一项研究发现。研究者们表示，这一发现不仅对人们的早餐饮品有意义，它还可以应用到液化气和火箭推进剂的安全运输上。
艾米丽·德利赛尔(Emilie Dressaire)是纽约大学的一位航天机械工程副教授。她在星巴克喝拿铁咖啡时注意到，这种咖啡即使不盖杯盖也比较不容易洒出来，这使她想到泡沫或许具有为液面减震的作用。而她的同事在啤酒中也发现了这样的现象。
“那时我还在法国南部读博。在一个酒馆里，我们发现端着的一品托吉尼斯(Guinness)啤酒(一种泡沫非常丰富的啤酒)走路几乎完全不会洒出来。”现任职于法国国家科学研究中心的研究员奥尔本·索雷特(Alban Sauret)说。
科学家们把咖啡馆和酒馆里的发现带回实验室，通过实验装置系统地观测了泡沫的作用，并根据现象进行了建模计算。他们用玻璃制作了一个厚度很薄的矩形容器，在里面装上水、甘油和洗洁精组成的混合溶液(甘油可以帮助稳定泡沫，也可以调整液体粘度)。然后，研究者们用固定在容器底部的针头匀速注入空气，这样就可以形成大小均一的气泡。“洗洁精形成的泡沫很稳定，这使得我们可以在泡沫消失前完成实验。”研究团队的另一位成员弗朗索瓦·布洛涅(Fran?ois? Boulogne)表示。
不同厚度的泡沫层。图片来自：Eurekalert
研究者们测试了两种运动方式：侧向快速震动和规律的前后摇晃。他们使用高速摄影机记录下了液面的波动。结果显示，泡沫稳定液面的效果非常显著，只需要五层泡沫就足以使波动高度降低一个数量级。
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视频：泡沫对减缓液面晃动的作用。红色箭头表示的是泡沫流动的速度场。视频来自原论文。
研究团队认为，泡沫与容器之间的摩擦消耗了动能，这是泡沫减少液面晃动的主要原因。五层以上的泡沫并不会再明显地增加减震作用，因为最上层的泡沫实际并没有移动。研究团队同时发现，不与容器壁接触的泡泡对减少液面晃动的贡献并不大。
液面晃动不仅给端饮料的人带来烦恼，它更会影响汽油、液化气之类危险液体的运输安全。论文作者希望，他们的研究成果能帮助人们用简单、低成本的方法控制液体运输时的晃动。“潜在的应用可远远不止啤酒。”索雷特说。(编辑：窗敲雨)
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2015-03-02 23:12:28
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