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爆炸吧知识

来源：Закройте, дует

看到上面这个动图，猜到这篇文章要讲什么了吗？

讲泡茶，啊呸！讲“茶叶悖论”，一个爱因斯坦喝茶时不经意间看到的物理现象，然后用它开创了一门学科......

茶叶悖论

如果你现在身边有茶杯，即便没有，锅碗瓢盆大缸小水坑也能凑合用，随手抓一把茶叶，不行丢一把土进去也行，最重要的是，一定要倒水进去。

然后把你的茶匙，当然，筷子、汤勺、木棍甚至你的手指头都可以，搅它！

来源：Закройте, дует

只要装水的容器没被你的大力气“搅破”，只要你不瞬移到赤道上站着，最后结果一定会和上图一模一样，没有例外，不信你可以换其他容器试试。

这也太神奇了吧！（懂的同学请自动忽略这句话，给点面子，谢谢！）

看似随意的一搅，竟然可以把原本零散的东西聚集到一起，这到底是上帝的神谕，还是魔鬼的游戏？

当我们换个动作幅度大的画面仔细看，很容易就能发现，太像你当熊孩子时常见的那个“漩涡”了吧！

反正超模君当熊孩子时挺喜欢玩水~，但都在能保命的地方，总之就是熊的很有分寸感。

特别提醒：未成年请远离危险水域

那要是这个漩涡在河里、江里、海里，泥沙是不是也会像茶杯里的茶叶一样变化呢？

停！咱等一等，先接着搞清楚“茶杯”里面的事。

“茶杯”里发生的神奇现象可以描述为：当茶叶被水泡时，如果搅动茶水，茶叶会聚到茶杯底部的中心位置，而不是“因为离心力分散到茶杯壁附近”。

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关于离心力，此处可以参考洗衣机：在离心力作用下，机器停止转动后，衣服是贴在筒壁上。仔细看，中间是“空”的。

而“茶杯”里，转动后，东西都聚集在底部中央。

来源：WIKI

“茶叶悖论”之所以不听“离心力”的话，是因为下流，因为二次流。

流体力学中，二次流：假如沿一边界的流动因受到横向压力的作用，产生了平行于边界的偏移，则靠近边界的流体层由于速度较小，就比离边界较远的流体层偏移得厉害，这就导致了叠加于主流之上的二次流。

也就是说，当搅动茶水时，茶叶被卷进这个二次流中，然后被扫到了水杯底部中央的位置。又因为在二次流中，靠近茶杯底部的液体速度更小，所以在下面的茶叶无法上升，最后就被迫抱团取暖。

二次流完全是“茶叶”的魔鬼有没有，根本就是降维打击，一点都不公平、不友善、不文明！

“茶杯”外面

这个二次流不仅在茶杯里面恃强凌弱，出了茶杯，它也没少兴风作浪。

这里就需要给大家上演一个前情提要了。

在19世纪中叶，那时候爱因斯坦还没出生，而牛顿大神已经仙去百年了。在牛顿力学基础上，各学科又增加了一大波新鲜血液，其中气象学中就出现了一个假想的力——科里奥利力。

科里奥利力简称科氏力，是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。科氏力来自于物体运动所具有的惯性。

地球就是一个“旋转体系”。

来源：科学网

科里奥利力的一个常见的现象就是：北半球的物体有向右拐的趋势，南半球的物体有向左拐的趋势。

右拐

左拐

而河流则会在科里奥利力的作用下：在北半球往往右岸遭受的冲刷比左边更厉害，在南半球往往左岸的冲刷比右边更厉害。

地转偏向力是科里奥利力的一个分力

换句话说，再直的河流，只要在地球上，就能给你掰弯喽~

很长时间，关于河道侵蚀，地理学家都以为是因为科里奥利力搞的鬼。（现在的高中课本上好像也这样解释。）

但是！早在1926年，爱因斯坦他老人家就发了一篇论文《The Cause of the Formation of Meanders in the Courses of Rivers and of the so-Caalled Baer s Law》（机翻：《河流曲折形成的原因和所谓的巴尔定律》）。

巴尔定律：由于科里奥利力，北半球右侧的河岸的泥沙易于被冲刷走，南半球左侧的河岸的泥沙易于被冲刷走。

爱因斯坦指出，河流左右侵蚀的不平衡是因为河水中也有和茶杯里类似的二次流。

截图来源：爱因斯坦论文

我们看图中河道的AB截面，会产生顺时针的二次流，这是茶杯右半边的情况，而这也就是泥沙从右侧被带到左侧底部堆积的原因。

这种状况不断持续，本来弯的河道就被“掰得更弯”。

特别需要注意的是，爱因斯坦的意思是，无论河流朝哪流，无论是在北半球还是南半球，被侵蚀只会是外弯侧，而内弯侧只会被堆积。

河流底部的水产生摩擦效应，使其流速减慢，底部泥沙受到压力梯度作用，在河道一边被侵蚀后，河道底部又出现泥沙重新分布现象。

从1984年到2012年间，秘鲁境内乌卡利亚河的演变来看，爱因斯坦说的确实对了！这条河不仅悄悄“搬家”了，它还抛弃了总是被侵蚀的外弯侧。

而这个总是被侵蚀，最后被赶出家门、自立门户的外弯侧就是“牛轭湖”。

灵魂画手，那个圈就是牛轭湖

爱因斯坦肯定了科里奥利力确实对河道侵蚀有一定的影响，但不是巴尔定律判断的那样。

爱因斯坦只是喝了一杯茶，他就写了一篇论文，顺便解释了巴尔定律没有给出的力学原理。

也许是爱因斯坦的成就太多了，每一个成就又太大了，知道是他提出“茶叶悖论”的人并不多。

在1950年，他的大儿子汉斯·爱因斯坦（Hans A. Einstein）在父亲的理论基础上提出了泥沙运动力学理论，为河流泥沙工程学的发展做出了突出贡献。

说到爱因斯坦的大儿子，不知道大家对爱因斯坦的后代们有没有了解过？

像爱因斯坦这么伟大的科学家，他的智慧若是能延续下去，人类对世界的认知进程一定会被加速吧！

然而，科学的发展不只是靠科学家的后代来推动！每一位数理爱好者的出现，都是科学长远发展的推动力。

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作者简介：超模君，数学教育与生活自媒体博主，新晋理工科奶爸。出版过《芥子须弥 · 大科学家的小故事》；《数学之旅·闪耀人类的54个数学家》。后续数学文化创意多多，欢迎关注认识！

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