茶葉悖論

茶葉集中在杯底的中央，而不是邊緣。

茶葉悖論描述的現象是茶葉在茶杯中的茶當被攪動後，茶葉回遊到杯底的中央，而非預想的在螺線型離心力作用下被推動到杯底的邊緣。最初的解釋來自於阿爾伯特·愛因斯坦1926年一篇用於解釋河岸侵蝕問題（拜爾定律）的論文。^[1]^[2]

解釋[編輯]

攪動液體使其在杯中旋轉，為了維持這個旋轉運動必須對液體提供向心力（類似於用繩子拉着小球做圓周運動，必須有繩子的張力作為小球運動所需的向心力）。於是液體的表面形成了外圍高、中心低的形狀，這樣液體中外圍的壓強較大，中心的壓強較小，這個壓強差，準確地說叫壓力梯度，提供了液體所需的向心力。如果全部的液體像一個固體一樣整體旋轉，那麼壓力梯度提供的向心力可以等於液體旋轉所需的向心力，達到一種動態平衡，液體既不會向內運動也不會向外運動。

然而，靠近底部的液體由于于杯底的摩擦而速度減慢，這被稱為邊界層或更確切為埃克曼層^[3] ^{[失效連結]}。在這些地方由於速度的減慢，向內的壓力梯度比向外的旋轉慣性要大，因而壓力梯度力占據主導，底部產生了一個向內的流動。向上一些的地方，液體則流向外側。這個二次流沿底部流向中央，然後向上，然後向外，在邊緣附近向下。它把邊緣外部的茶葉聚集到中央，由於茶葉的重量無法上升，所以它們停留在底部中心。結合旋轉的主流的作用，這些茶葉將沿底部向內螺旋。^[1]^[2]

應用[編輯]

這個現象已經被用於一項從血漿中分離紅血球的新技術^[4]^[5] 並用於對大氣壓力系統的理解。^[6]

參見[編輯]

參考來源[編輯]

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