红酒杯中的物理学

擅长品酒的人都知道，在饮酒前摇动杯中的酒，可以让它与空气接触，释放出芬芳的酒香。然而，这种所谓的“轨道摆动”的工作原理在某种程度上仍然是一个谜。流体力学专家早就知道，轨道摇摆产生的波会传播到杯子的边缘，搅动杯子中的液体。“我们已经知道这一波的形成，但我们缺少的是它与混合和氧化有关的物理描述，”洛桑瑞士联邦高级技术学院的科学家*·法格说。为了找出这种混合是如何发生的，Faget和他的同事们在一个透明的圆柱形杯中模拟了这种波，并使用复杂的仪器来跟踪波的运动，测量液体的流速。研究人员发现，当波传播到杯壁时，液体从底部到顶部、从中心到外围反复转移。“这种由波浪触发的泵送机制提高了混合效率，”法格特解释道。该团队还发现，对于给定的杯子形状，适当的摇动直径和旋转速度将优化混合和氧化过程。“这种直观而有效的运动机制可以应用于生物制药领域，”法格特说。细胞培养物可以放在大的圆柱形容器或生物反应器中，然后以类似的方式摇动。在2011年11月20日至22日举行的美国物理学会流体力学系的会议上，瑞士研究小组的成员马蒂诺·雷奇里报告了这一发现。