茶叶悖论

✍ dations ◷ 2025-12-02 21:18:30 #流体力学,物理学悖论,茶学,阿尔伯特·爱因斯坦

茶叶悖论描述的现象是茶叶在茶杯中的茶当被搅动后，茶叶回游到杯底的中央，而非预想的在螺线型离心力作用下被推动到杯底的边缘。最初的解释来自于阿尔伯特·爱因斯坦1926年一篇用于解释河岸侵蚀问题（拜尔定律）的论文。

搅动液体使其在杯中旋转，为了维持这个旋转运动必须对液体提供向心力（类似于用绳子拉着小球做圆周运动，必须有绳子的张力作为小球运动所需的向心力）。于是液体的表面形成了外围高、中心低的形状，这样液体中外围的压强较大，中心的压强较小，这个压强差，准确地说叫压力梯度，提供了液体所需的向心力。如果全部的液体像一个固体一样整体旋转，那么压力梯度提供的向心力可以等于液体旋转所需的向心力，达到一种动态平衡，液体既不会向内运动也不会向外运动。

然而，靠近底部的液体由于于杯底的摩擦而速度减慢，这被称为边界层或更确切为埃克曼层。在这些地方由于速度的减慢，向内的压力梯度比向外的旋转惯性要大，因而压力梯度力占据主导，底部产生了一个向内的流动。向上一些的地方，液体则流向外侧。这个二次流沿底部流向中央，然后向上，然后向外，在边缘附近向下。它把边缘外部的茶叶聚集到中央，由于茶叶的重量无法上升，所以它们停留在底部中心。结合旋转的主流的作用，这些茶叶将沿底部向内螺旋。

这个现象已经被用于一项从血浆中分离红细胞的新技术并用于对大气压力系统的理解。

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