流体力学告诉你，如何制造啤酒蘑菇云

去年夏天，我们科普了如何快速炫一瓶啤酒，让你成为酒桌上最靓的仔。这期我再给大家介绍一个聚会中炫技的雕虫小技——啤酒蘑菇云。

起初是因为我刷到了一个短视频，用杯子在瓶口摩擦摩擦再摩擦，然后敲一下就能喷发产生蘑菇云。

乍一看没太明白原理，因为之前我做过摩擦杯口共振的主题，所以第一反应是摩擦让其共振了吗？没想明白，所以就买了几瓶啤酒，打算边实验边琢磨。

我先按视频中的方式，摩擦，敲击，果然啤酒产生了蘑菇云。我想是不是巧合，我的摩擦手法太好了，于是变化了摩擦速度，敲击，仍然产生了蘑菇云。于是我进一步推测，有没有可能和摩擦没有关系，直接敲一下，果然还是产生了蘑菇云。

那么谁能告诉我，这些视频中为什么要摩擦，直接敲就可以了呀。那么敲击产生蘑菇云的原理又是什么呢？

啤酒刺激的口感源于内部溶解的二氧化碳，溶解的量和压力有关，为了融入更多二氧化碳，瓶内压力是高于大气压的。可以说啤酒是高压下的二氧化碳饱和溶液，而打开瓶盖后，液体上方压力降为大气压，溶液就从饱和状态变为了过饱和状态，二氧化碳便会从液体中释放出来，但自发的释放过程比较缓慢，一个加速的办法就是在液体中增加成核点，也就是气泡。

产生气泡的方式有很多，比如你见过的晃动、或者加片曼妥斯，还有就是我们今天说的敲击。

敲一下瓶口，瓶子会向下小幅度瞬间移动。但啤酒由于惯性，跟不上瓶子的运动，二者间就出现了空隙。空隙内压力低，附近啤酒中的二氧化碳便会析出，产生气泡。

这些气泡被下落的啤酒砸碎后，变成更多小气泡，成为更多成核点，大大增加和液体接触面积，就有更多二氧化碳析出，形成类似原子核分裂的链式反应，短时间内释放大量二氧化碳，和啤酒一起冲出瓶外，呈现出绚丽的蘑菇云。

而这个链式反应的起点，就是瓶底和啤酒间的空隙。在工程上有个专业的名字，空化，屏幕前的工科生DNA有没有动一下，尤其是对于研究水轮机或船舶螺旋桨的小伙伴，空化应该是大米饭一样的存在。

我用流体仿真软件AICFD简单模拟了螺旋桨空化，大家可以看到蓝色低压区内存在低密度区，低密度区就是空化区域，易产生气泡的区域。

空化威力很大，空泡的出现和破裂会造成压力波动，甚至会产生激波。有很多典型场景，比如叶片腐蚀、震碎的啤酒瓶，大火煮出的牛肉，都和空化及其可能产生的激波破坏相关，大家感兴趣的话，以后可以单出一期讲讲。

空化讲远了，我们回到敲啤酒瓶，想必敲击造成空化、低压、产生气泡这一连串的原理大家都懂了。但你有没有觉得这研究还差点儿什么。你有没有疑惑为什么所有的视频都敲瓶口呢？敲其它地方会怎样呢？我是有这样的疑惑，于是，我又继续了实验。

我尝试敲侧面，发现基本没太大反应。敲底面，可以产生蘑菇云。看来敲侧面不太行，上下面都可以。那么敲上面和下面的效果是一样的吗？

我让两瓶酒上下对撞，以此确保二者受到的撞击力相同，结果下面的啤酒也就是被敲了瓶口的啤酒产生的蘑菇云更剧烈，喷发后，剩的酒都少了不少。

为什么会是这样的结果呢？

我们假设敲击后瓶子均获得了V1的速度。向下敲瓶口瞬间，酒速度为0，瓶与酒相对速度就是V1。向上敲瓶底，可分解为两次撞击，第一次外力撞瓶子，此时与前述情况相同，瓶与酒相对速度V1，第二次瓶子撞酒，由于撞击过程相对动能损耗，根据非弹性碰撞公式，撞击后相对速度变小，V2小于V1。瓶与酒相对速度小，空化效果弱，产生气泡少，喷发的蘑菇云便也弱了。

再看横向撞击，由于撞击方向前面有玻璃瓶阻挡，酒与瓶更难分离，更难产生空化和气泡，更难产生蘑菇云。

我解释得应该比较通俗，大家都懂了吧，如果你觉得不够深入，自己想继续研究，推荐你可以看看这位西班牙马里兰大学教授在酒吧顿悟后发表的学术论文“为什 么突然敲击啤酒瓶口后会产生泡泡”。

总接下来呢，如果聚会中想炫个技，以猝不及防之势制造啤酒蘑菇云，给大家个惊喜，那记得cheers的时候，以你的瓶底碰对方瓶口，顿时烟火绚烂了这个世界。

这时大家惊愕之余问你原因，你再很随意的解释一句：“敲击后瓶底空化产生的气泡作为成核点促使过饱和溶液中二氧化碳大量释放”。这炫技效果也不亚于几秒钟炫瓶啤酒。以上仅限于朋友，不要这样撞长辈，以防被打。下期见，拜拜。