舔棒棒糖的物理学

时间:2023-11-19 18:29:04

在《棒棒糖》这首歌曲中,塞尔日·甘斯布[1]描述了一位名叫安妮的姑娘对这种小甜食的热爱:“当茴香味的麦芽糖流进安妮的喉咙,她感觉自己身在天堂”。这首歌的演唱者是天真的法兰西·高尔[2]。提到棒棒糖,人们最常被问到的问题之一是,要想将一支棒棒糖舔完,湿湿的舌头需要舔多少下……无聊的问题吗?也不尽然,因为要回答这个问题就意味着要搞明白,舔舐动作是如何加快固体溶解的,这是一个复杂的物理过程,我们也会在自然界中遇到,涉及的范围非常广,比如说喀斯特地貌的形成,石灰岩在水流的作用下消失,形成广阔的地下岩洞和河道网络。

这种由液体与固体之间相互作用而产生的现象非常复杂:液体改变了固体的形状,反过来,固体又改变了液体的流态,等等。对于一个专门研究数学与地球流体力学[3]的美国专业团队而言,无论从实验影响还是研究结果上看,棒棒糖都是一个不可多得的实验模型,又小又便宜。2015年2月,他们将这项研究成果发表在了《流体力学报》上,展示了一系列将这一过程可视化、模型化的实验。

在你们的想象中,也许会出现这样的一幕:“亲爱的,爸爸要征用你这包珍宝珠棒棒糖。不管你信不信,爸爸是为了科学——这对你的牙齿也是个好事……”但不是的,研究人员可没有敲诈任何一个孩子,原因很简单:市场上售卖的棒棒糖并不是最好的固体,因为里面一般都含有气泡,这会影响实验效果。于是,我们的科学家们毫不迟疑,亲自动手,从糖果艺术入门知识开始学起,只为能制作出没有气泡、形状完美(球形和圆柱形)的棒棒糖。

亲爱的,爸爸要征用你这包珍宝珠棒棒糖。

然后,他们把棒棒糖放进加入微型颗粒的水流中,这样既能观察水流的运动,固体的溶解又不会受到干扰。结果令人吃惊:无论棒棒糖最初是球形还是圆柱形,最后都会变成相同的形状,即大写的字母D。D形凸起的弓形部位正对流体,被冲刷得非常光滑;D形背面的扁平区域则布满小孔。将棒棒糖翻转过来后,会形成一个旋涡,水流在其影响下涌向后方,冲刷棒棒糖的背面,直至将它全部冲蚀干净。

舔棒棒糖的物理学

研究人员认为,他们对棒棒糖物理学的探索对各种工业或医药领域的生产流程都有重大意义——想想看药片被服下后的溶解过程。尽管如此,他们并没有忘记回到最初的那个问题:安妮需要舔多少下才能让嘴里的东西变没,只剩那根棒棒糖棍呢?假设棒棒糖的直径是1厘米,舌头以1厘米/秒的速度运动,那差不多要舔1000次……

[1]译注:法国歌手、作曲家、钢琴家、诗人、画家、编剧、作家、演员和导演,是法国流行音乐史上最重要的人物之一。

[2]译注:20世纪60年代法国著名的流行歌手,《棒棒糖》这首歌的演唱者。

[3]译注:流体力学的一个分支,研究地球以及其他天体上的自然界流体的宏观运动,着重探讨其中的大尺度运动的一般规律,是20世纪60年代发展起来的一门新学科。