【题】将茶杯中的茶用茶匙搅动,随后取出茶匙,我们会看到茶叶从杯底冒上杯沿并逐渐涌向杯心,那为什么会出现这种现象呢?
【解】图52是爱因斯坦论文中关于茶杯中旋涡的研究的示意图,因为杯底的摩擦力阻止了下层水面的流动,所以茶叶会涌向杯底的中心。因此上层水面的离心力(该离心力使得液体粒子远离旋转中心运动)相对于下层水面来说作用更明显。相对于底部,顶部就有更多的水从中心流向杯壁,那么会有更多的水集聚在底部中心。
我们会发现,最后旋涡运动会在杯中产生,从杯心到杯沿是顶部该运动的方向;而从杯沿到杯心则是底部该运动的方向。所以,会有一股涌向杯心的水流存在于杯底:吸引杯壁附近的茶叶流向杯心的这股水流会沿着轴心将茶叶送到某个高度上。
也会有类似的现象发生在更为宏观的领域里,比如河道弯曲的地方。图53是爱因斯坦论文中关于弯曲河道中水旋涡运动的研究的示意图。根据爱因斯坦提出的著名理论,河流的弯曲度由于这种现象的存在会不断加强(形成所谓的回纹)。该图通过借鉴爱因斯坦的《河道回纹(河曲)的原因》这篇文章解释了两种现象之间的关系。