搖紅酒的物理學原理，你知道嗎？

見識一下葡萄酒的新口味吧：果香味以及隱藏于酒中的流體動力學。品酒家們早就知道在喝之前搖動他們的酒杯來獲得最好口味的紅酒。一項新的研究揭示了搖晃背后的物理學：有三個因素決定了你的墨爾樂紅葡萄酒是搖晃出平滑的弧線，還是把酒晃出來。

輕柔的搖晃玻璃酒杯，使紅酒產生平滑的弧線，然后紅酒在杯中旋轉，逐漸覆蓋酒杯的邊沿。“這個姿勢不僅僅是為了做樣子。”這項研究的共同作者Martino Reclari說，他在瑞士洛桑聯邦高等理工學院研究流體動力學。科學家以及紅酒愛好者同樣也早就知道，通過晃動杯中酒把氧氣混合進了紅酒里，提升了紅酒的口味。

一天晚上，在喝光了他們自己的一瓶紅酒之后，Reclari和同事決定去解決這個品酒家慣例動作中的物理原理。研究小組往一系列不同口徑的圓柱形杯中加入了不同體積的一種便宜的墨爾樂紅葡萄酒，然后讓圓柱杯旋轉。為了使旋轉均勻，研究人員利用生物化學實驗室里常見的用來精確混合液體的回旋機。本周在馬里蘭巴爾的摩的美國物理協會流體動力學部的年度會議上，研究小組報告了解釋紅酒如何旋轉的數學公式。

與要求年份完美的皮諾葡萄酒的口味不同，Reclari說，在葡萄酒旋轉中起作用的因素并不十分復雜。三個因素決定著我們觀察到的是一個大的波浪還是許多小的漣漪：倒入的葡萄酒的高度與玻璃杯直徑的比值；玻璃杯直徑與圓周搖動寬度的比值；以及在搖晃時作用于葡萄酒的兩種力的比值。這兩種力分別是把液體向玻璃杯外側推移的離心力和把液體往下回拉的重力。

通過一點點調整這些參數——例如，通過向玻璃杯中倒入多一點葡萄酒或者在寬度窄一點的圓周范圍內搖動酒杯——Reclari和同事掌握了能產生奇特葡萄酒波浪的技巧。在上面的視頻（見原文鏈接）中可以看到，他們創造的波浪包括了紅酒愛好者心中的標準、單一、平滑的波峰，一直到接連形成的四個微型波浪。然而，更奇妙的是如果研究人員讓上面提到的三個比值全部相同，他們就可以觀察到即使在不同尺寸的圓柱杯中也形成完全相同的波浪。“如果你有一個非常小的玻璃杯或者一個非常大的玻璃杯，然后你輸入相同的參數，那么你將獲得形狀完全相同的波浪。”Reclari說。

他和同事也獲得了另外一個重要發現：紅酒愛好者搖晃酒杯到怎樣的程度，就容易使杯中酒濺出，說不定還會弄臟衣服。就如同大海中的波峰，如果運動的速度過快，葡萄酒的波浪會開始迸濺同時泡沫也會很多，他說。墨爾樂紅葡萄酒迸濺的加速度大約是重力加速度的40%，或者接近4m/s2，研究小組總結說。這個加速度，反過來也是取決于玻璃杯中酒的體積、搖晃的力和其他因素。

研究小組的公式不僅有助于品酒者調制出口味更佳的紅酒，還有更加重要的作用，Reclari說。當做細菌培養時，生物學家經常在一個大容器里把細胞和營養物質混合，然后搖晃，這非常像一個紅酒迷對待一款最新的好葡萄酒。通過旋轉把細菌的食物均勻分布到營養液中，同時去除了多余的二氧化碳。知道了液體在這樣的容器中如何搖晃可以幫助實驗室人員優化他們的培養方法，他補充說。

研究小組的這一發現是“簡單的”但是卻是“有用的”，位于德克薩斯州達拉斯的南衛理公會大學的應用數學家Vladimir Ajaev說。同時研究也很好地展示了看起來是日常生活中的物理——例如搖晃葡萄酒杯——是如何可能幫助科學家和工程師開發更好的實驗工具。“起初看起來這可能只是一件有趣的事，”他說。“但是之后事實證明，它還有某些具體的用途。”

搖動而非攪拌。通過調整一些參數，葡萄酒愛好者能夠在酒杯中制造出一系列不同的波形，包括這種三波峰的波形。

發表于 2014-03-30 00:00
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