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为什么不能往开水里尿尿？

知乎日报  · 公众号  · 问答  · 2024-11-07 21:00

正文

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为什么不能往开水里尿尿？热水真的会逆流而上吗？一起来看看答主的回答吧。

为什么不能往开水里尿尿？

| 答主：无我纪实
2008 年的一天，一位来自阿根廷的物理系学生发现了一个「违常识」的神奇的现象，他在泡茶时发现，往茶杯中倒开水时，杯子中的茶叶碎末会逆流而上，随着开水的道路向上逆流回茶壶中。
刚开始他以为是偶然现象，他又试了几次，都是同一种效果。好像有一种「神秘的力量」，在无形中控制着这些茶叶碎末「倒行逆施」，用以往的物理学知识根本解释不通。
他把这一「违反常识」的现象汇报给了导师，然而，博学的导师也没见过这种神奇的现象，于是他就把这个现象进一步深入研究，写成了毕业论文，然后顺利毕业了。
这种神奇的的现象叫做「马拉高尼效应」。

什么是马拉高尼效应？
马拉高尼效应（Marangoni Effect）是指当一种液体的液膜当受外界扰动（如温度、浓度）而使液膜局部变薄时，它会在表面张力梯度的作用下形成马拉高尼流，使液体沿最佳路线流回薄液面，进行「修复」。
上面是百科的专业解释，比较难懂，我们通俗的解释一下：
我们都知道，液体表面存在着张力，一滴水珠滴落到水表面时，我们肉眼看到的是它们一下子就融合在了一起，其实不然，由于水面张力的存在，它们并不会马上融合，而是会弹跳几下，如下图：
这是用高速摄像机拍摄下的水珠落水瞬间，非常震撼！
马拉高尼效应跟液体表面张力有关！
这位阿根廷同学发现的现象，茶叶沫可以减少杯子里水的表面张力，因此茶壶里的水表面张力大，杯子里水的表面张力小。而表面张力大的地方可以把表面张力小的地方的液体吸过去，所以水才可以倒流，茶叶沫才能逆流而上，形成马拉高尼效应。
后来，罗格斯大学的一位教授也对这个现象产生了浓厚兴趣，于是他又进行了更复杂的实验。
经实验测量，他发现加了茶叶后张力可以减小到原来的 1/3，而加了粉笔末以后更恐怖，水的表面张力直接减小至原来的一半，减少的表面张力可以给漂浮在水上的粉末提供 20 倍的重力加速度，推动它逆流而上。
他们用茶叶沫还有粉笔末发现，液体可以向上攀升。哪怕上方滴水处宽度达到几米，这个现象依旧存在。

葡萄酒的眼泪

经常喝葡萄酒的人会发现一个有趣的现象：葡萄酒在高脚杯中，在高于液面的地方，会自动形成一圈酒珠挂壁并落下。人们就形象的称为葡萄酒的眼泪。
这就是马拉高尼效应形成的。
原理很简单：酒精的表面张力低于水，当杯壁上葡萄酒中酒精挥发后，浓度会降低，表面张力随之增大，而葡萄酒液面张力较小，所以酒会向张力大的地方流动，即酒会上升形成酒珠。又由于水的重力作用与表面张力之间的失衡，水滴又会掉下，即所谓的葡萄酒的眼泪。


为什么不要向开水里尿尿？

为什么不要向开水里尿尿？还是因为马拉高尼效应！这个过程中马拉高尼效应又是如何出现的呢？
上文中我们对马拉高尼效应有了简单的认识，也就是与液体表面张力有关，液体会从张力高的液体流向张力低的液体，所以也就出现了液体倒流的现象。
而影响张力的因素不光有浓度，还有温度，温度与张力呈负相关关系：即温度越高，液体表面张力越小。
比如：水。通常温度每上升一度，张力大约就会下降 0.18N/m。
开水温度 100 度，尿的温度我们都知道，恒温 37.5 度，所以两者间的张力存在巨大梯度。而由于张力梯度的存在，如果向开水中尿尿，开水就容易逆流而上，伤及无辜。
事实真的如此吗？
理论上是这样，可现实中并没有发生过类似的事情，那是因为现实中并没有人无聊到要向开水中尿尿的程度。还有一点，我们尿尿的时候是不连续的，而且距离比较长，液体也不会无限回流的。
综上，向开水中尿尿，热水逆流而上伤及无辜的概率是比较小的。

逆流污染

由于马拉高尼效应的存在，水会逆流而上，如果下方的水不纯净，那么会反过来污染上方的水。
对于这种现象，最难忍的还是制药企业的研究者：当他们做实验用到滴管时，下面的物质可能反过来污染滴管里的液体，从而造成实验不准确。

怎么消除马拉高尼效应呢？

既然是表面张力差导致的，那么是不是消除了张力差，就能解决问题呢？于是就有人进行了具体的实验，他们向上游的水中加入了一些表面活性剂，来减少水表面的张力，然后实验结果如人们所料，马拉高尼现象实验消失了。
2002 年，麻省理工学院的一位教授和同事做了一个反向实验，他们向下方水池里加入表面活性剂，结果是下方的水能够沿着水流倒流，逆行的高度最高可达到 2 厘米。
很多人表示，知道了这个现象后，再也不敢近距离向小便池里滋尿了。

写在最后：

生活中，很多我们觉得反常的现象，其实都能被科学的解释。正如那句话：学好数理化，走遍天下都不怕；不学数理化，生活处处是魔法！

题图来源：《蚂蚁男孩》

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