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論如何科學地倒牛奶~

假期的小編，是不存在什麼早飯的。每天10點多起床的小編一般都是來杯牛奶當作早（午）飯。

只不過有一天不知道為何，倒牛奶的時候濺到了桌子上好多，小編以迅雷不及掩耳之勢，將桌子清理乾淨了（防止被麻麻罵）。可是作為一個喝了這麼多年牛奶的老司機，怎麼就突然翻車了呢？

然後我趕緊上網查了查，只發現了下面這張圖：

大氣壓與牛奶

Atmospheric pressure and milk

我仔細回憶了一下早上倒牛奶的全過程，包括倒牛奶的姿勢和所用的是哪一隻手。後來發現牛奶盒的開口並不是對稱的，和往常不同的是，今天倒牛奶時開口是向下的，雖然是離杯子更近了。而這就是問題所在。

如果開口向上（倒牛奶的正確姿勢圖右），牛奶不會將開口完全覆蓋，盒子內部牛奶上方一直有空氣，且與外部空氣連通，壓強一致。此時牛奶可以在重力的作用下自由平穩的流出。這就像在敞口的玻璃杯倒水是一樣的。

如果開口向下（倒牛奶的正確姿勢圖左），盒中牛奶較多，那麼牛奶就會完全覆蓋住開口。在一些牛奶流出之後，牛奶盒內部的空氣壓力就會低於外部大氣壓（在你不擠壓牛奶盒的情況下），產生的壓力差就會傾向於將牛奶推回去。

高度與大氣壓的關係 1mb = 0.1MPa

平時大家可能不太能感受到的大氣壓到底有多大。一個標準大氣壓是1.013×10⁵Pa（帕）。也就是意味著在每平方米的地方有1.013×10⁵牛的力。如果還沒有什麼概念的話，那就來複習一下馬德堡半球實驗。

馬德堡半球實驗是1654年由德國物理學家、時任馬德堡市長的奧托·馮·居里克於今日德國的雷根斯堡進行的一項物理實驗。實驗所用的是兩個空心銅質半球，將兩個半球中的空氣被抽出後，兩個半球緊密的結合在一起。

紀念馬德堡半球實驗的郵票

然後讓馬向兩側拉動，兩個半球並沒有拉開。如果可以可以將半球間的空氣完全抽出的話，經過計算可以知道分開兩個球需要2萬牛的力，假設一個成年男子的體重是80KG，那就相當於舉起25個成年男子的力。

實驗中所用的真空泵是托里拆利製造的世界上第一個真空泵。[1]

不過物理課上經常用下面的實驗來演示大氣壓，拿起一個玻璃杯，裝滿水，放一張可以將開口完全覆蓋的紙，然後將玻璃杯和紙張倒過來，由於大氣壓的存在，所以水並不會掉出來。

表面張力與孔徑Surface tension and aperture

那麼，如果取出紙張來水會怎麼掉下來呢？水還會被大氣壓向上拖著留在杯子中嗎？

答案當然是否定的。原因在於水與空氣接觸的表面不一定保持絕對的平坦。換句話說，在水和空氣的分界面，水會有一部分向下移動，那麼空氣就會在另外的地方向上移動。這就是流體的流動不穩定性。

水-空氣分界面來源 [2]

對於倒置的玻璃杯，上方較重的液體是水，下方是較輕的空氣。上面說的情況對應於一定量的空氣進入水中，相應的此時將有等量的水滴落下來。如果這個過程一直持續下去，水將傾瀉而出，相應數量的空氣將向上佔滿原來水的空間，從而形成複雜的運動。

之後再用杯子倒牛奶

對於牛奶來說，進入的空氣很快與外界空氣隔離開，形成一個氣泡。氣泡在盒子內上升直到到達盒子內牛奶上方的空氣層。這樣紙箱內氣壓與外界大氣壓重新平衡。氣泡的週期性形成以及紙箱內氣壓的相應波動會產生“噸噸噸”的聲音、紙箱的震動以及倒牛奶時產生的飛濺。

如果此時孔太小，不擠壓紙箱的話，牛奶根本不會流出。

水的表面張力使得蜥蜴凌波微步

孔太小，液體的表面張力就會阻止液體的流出。如果您在較輕的流體上放置了較重的流體，則較重的流體在流入較輕的流體時會降低混合物的重力勢能。但是，重力勢能的減少必須與流體之間界面的勢能的增加抵消，因為該界面的變形受到表面張力的阻撓。如果表面張力勝出，則重的流體會留在上面不動。如果重力勢能獲勝，那麼大量的液體就會傾瀉而下。這就是上面實驗的情況。