正文

小小茶葉,誰主沉?。?)

再冷門的問題也有最熱鬧的答案 作者:科學(xué)松鼠會(huì)和它的朋友們


也就是說,茶葉會(huì)以很小的幅度上下振動(dòng)幾下,然后停在浮力與重力相等的溫度層上。

如果茶葉的下沉像hbchendl所說,是水泡脹了細(xì)胞,那么在下沉過程中溫度的增加只會(huì)加劇這一效應(yīng),從而不斷加速茶葉的下沉,不會(huì)出現(xiàn)半途停下,懸浮的現(xiàn)象。另外,密度梯度上大下小,意味著體積不變的情況下浮力上大下小,茶葉的下沉也將被加速,無法懸浮。hbchendl的理論無法解釋茶葉的懸浮現(xiàn)象。

此外,hbchendl講了“沉”,卻回避了“浮”的問題。因?yàn)樗徽J(rèn)為有氣體參與了整個(gè)過程,所以沉浮僅由于茶葉自身密度變化造成。他指出茶葉泡水后密度增加,所以下沉,那么言外之意就是茶葉在泡水之前密度小于水,所以能浮。但他從未明確說出這一點(diǎn),更未解釋為什么泡水之前的茶葉密度小于水。

泡水之后,hbchendl認(rèn)為水進(jìn)入了“空隙”中,而又否認(rèn)空隙中原來有氣體。那么“空隙”就只能是真空嘍?只不過,無論是細(xì)胞膜,還是細(xì)胞壁,恐怕都難以抗拒真空與大氣之間的壓力差吧?況且,沒有任何外力的情況下,自然界中很難自己產(chǎn)生真空態(tài)。

泡水之后的密度,hbchendl進(jìn)行了簡單的定性分析,得出密度增加的結(jié)論。但實(shí)際情況要復(fù)雜得多。為了說明這種復(fù)雜的情況,我不得不用一些數(shù)學(xué)計(jì)算。

讓我們分析一個(gè)茶葉細(xì)胞的情況,把其中的物質(zhì)分為可溶于水的和不溶于水的。按hbchendl的說法,細(xì)胞質(zhì)溶于水,細(xì)胞外壁則不溶,能保持細(xì)胞的形態(tài)。那么,當(dāng)細(xì)胞沒有水,處于“干”態(tài)時(shí),細(xì)胞的干密度=細(xì)胞的干質(zhì)量/(不溶物質(zhì)的干體積+可溶物質(zhì)的干體積)。泡水后,若細(xì)胞內(nèi)腔被撐開,有了一定體積并有了水,那么,細(xì)胞的濕密度=(細(xì)胞的干質(zhì)量+細(xì)胞內(nèi)腔體積×純水的密度)/(不溶物質(zhì)的干體積+細(xì)胞內(nèi)腔體積)。需要說明的是,之所以乘純水的密度是因?yàn)榧?xì)胞的干質(zhì)量中已經(jīng)包含了那些溶于水的物質(zhì);不溶于水的物質(zhì)因?yàn)椴蝗苡谒?,所以泡水前后體積不變;而溶于水的物質(zhì)溶水后就沒有體積了。

對(duì)上面兩個(gè)密度進(jìn)行同樣的數(shù)學(xué)處理,最終使細(xì)胞的干密度變成1,而細(xì)胞的濕密度變成[(可溶物質(zhì)體積/細(xì)胞內(nèi)腔體積)+(純水的密度/細(xì)胞的干密度)]。當(dāng)此式值小于1時(shí),則細(xì)胞濕密度小于細(xì)胞的干密度;當(dāng)此式值大于1時(shí),則細(xì)胞濕密度大于干密度。

因?yàn)槠渲锌扇芪镔|(zhì)體積遠(yuǎn)小于細(xì)胞內(nèi)腔體積,故(可溶物質(zhì)體積/細(xì)胞內(nèi)腔體積)基本可以忽略。關(guān)鍵要看純水的密度與細(xì)胞的干密度的比值。因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)說過,hbchendl回避了浮的問題,基本假設(shè)茶葉干密度小于水,則上式值大于1,于是濕密度大于干密度,泡水后茶葉下沉。


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