擰不開(kāi)的罐頭，為什么拍一拍底部就開(kāi)了？

大家愛(ài)吃這種玻璃瓶裝的水果罐頭嗎？在以前物質(zhì)并不豐富的時(shí)候，這種罐頭是小朋友們難得的美味。到了現(xiàn)在，仍有許多人一直喜愛(ài)它，水果罐頭的味道成為了某種共同的童年回憶和心靈慰藉。

江湖傳說(shuō)“黃桃罐頭會(huì)保佑每一個(gè)小朋友”你的記憶里有它的味道嘛？圖源：小紅書(shū)罐頭好吃，但蓋子難擰開(kāi)，尤其對(duì)于力氣小的孩子們來(lái)說(shuō)，這時(shí)只能求大人幫忙。印象里，大人們碰到擰不開(kāi)的罐頭時(shí)，通常會(huì)把罐頭倒過(guò)來(lái)，拍一下底部，然后“?！钡囊宦?，瓶蓋就松開(kāi)了。

拍一拍罐頭底部就更容易打開(kāi)了圖源：sohu.com在享受罐頭美味的同時(shí)，小時(shí)候的你有沒(méi)有琢磨過(guò)，擰不開(kāi)的罐頭，為什么拍一拍底部就能輕松打開(kāi)了？今天我們就來(lái)揭秘一下。

01 不可低估的水的力量

在高速攝影機(jī)下，我們可以清晰地觀察拍擊的一瞬間到底發(fā)生了什么。這里，我們拿一個(gè)裝了水玻璃瓶，然后擊打瓶口，用來(lái)模擬拍罐頭的場(chǎng)景。

高速攝影機(jī)下觀察拍擊的瞬間圖源：網(wǎng)絡(luò)視頻@ Beyond Slow Motion在快速的擊打下，瓶子會(huì)向下移動(dòng)一小段距離。但是，由于物體的慣性，瓶子里的水一開(kāi)始并不會(huì)跟隨瓶子向下移動(dòng)，而是停留在原來(lái)的位置。這個(gè)時(shí)候，由于瓶底和水的分離，會(huì)在瓶底短暫地產(chǎn)生一個(gè)接近真空的低壓區(qū)域。接著，水就會(huì)在上側(cè)大氣壓的作用下，迅速向下流動(dòng)，填補(bǔ)這個(gè)低壓區(qū)。當(dāng)快速流動(dòng)的水撞擊到瓶底時(shí)，瞬間的減速會(huì)產(chǎn)生巨大的沖擊力，將瓶底擊碎。

換個(gè)角度，能清晰地看到水向前撞擊瓶底的過(guò)程圖源：網(wǎng)絡(luò)視頻@ Beyond Slow Motion

所以，真正打開(kāi)罐頭瓶蓋的不是巴掌，而是靠水流。

看起來(lái)柔弱的水，卻能產(chǎn)生足以擊碎厚玻璃的強(qiáng)大力量。這其實(shí)并不稀奇，在生活中的其他地方也經(jīng)常能夠看到。比如，如果快速關(guān)閉水管上的龍頭，可以發(fā)現(xiàn)水管會(huì)猛烈搖晃一下，甚至發(fā)出沉悶的響聲。

突然關(guān)閉閥門(mén)，管道會(huì)像被錘子敲了一樣發(fā)生振動(dòng)圖源：bilibili@科普記

02 如同連環(huán)追尾的水錘效應(yīng)

和拍罐頭、關(guān)龍頭一樣，如果快速的水流被某種外界原因突然截止，由于水的壓縮性很差，光靠自身難以緩沖，所以會(huì)產(chǎn)生很大的壓力作用到外界。我們把這一類(lèi)現(xiàn)象叫做水錘效應(yīng)。這就好比高速路上，前車(chē)突然剎車(chē)，后面的車(chē)來(lái)不及反應(yīng)，只能狠狠撞上去發(fā)生追尾。

水錘效應(yīng)就好比是急剎車(chē)導(dǎo)致的連環(huán)追尾 圖源：bilibili@科普記

在輸水管道中，突然關(guān)閉閥門(mén)，引發(fā)的強(qiáng)大壓力能達(dá)到正常壓力的數(shù)十至上百倍，可能引起管道的爆裂。這叫做正水錘。同時(shí)，沖擊波還會(huì)在管道內(nèi)來(lái)回傳播，造成管道的激烈振動(dòng)，并損壞閥門(mén)等其他管路裝置，危害整個(gè)管路系統(tǒng)。

如果突然打開(kāi)閥門(mén)，釋放水流的同時(shí)也會(huì)讓管道內(nèi)的壓力迅速下降，在外界大氣壓的作用下，可能會(huì)引起管道的癟塌。這叫做負(fù)水錘。總之，無(wú)論是正水錘還是負(fù)水錘，都需要避免在管路使用時(shí)出現(xiàn)。

現(xiàn)在，很多地方都會(huì)在管路中連接一個(gè)水錘消除器，它的主體由一個(gè)活塞和一個(gè)氣腔組成。水錘效應(yīng)引發(fā)管道內(nèi)壓力的變化會(huì)作用在這個(gè)活塞上，引起它在氣腔內(nèi)的上下運(yùn)動(dòng)，使氣腔內(nèi)的氣壓和管道內(nèi)的壓力形成動(dòng)態(tài)平衡，從而減弱對(duì)管路本體的沖擊和振動(dòng)。

水錘消除器可以用來(lái)防止壓力波動(dòng)對(duì)管路的損壞 圖源：bilibili@冷科普

水錘效應(yīng)也不是一無(wú)是處，有時(shí)候人們反而需要利用它，比如水錘泵。它可以利用水錘產(chǎn)生的強(qiáng)大壓力，把水從低處泵送至高處。相比于其他工作原理的泵，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)成本低、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。

同時(shí)，還可以利用水錘效應(yīng)產(chǎn)生噴射的高壓水流，用于清洗、噴泉等場(chǎng)景。

水錘泵可以將水提升至高處使用圖源：baijiahao經(jīng)過(guò)今天的介紹，下次遇到擰不開(kāi)的罐頭瓶，你應(yīng)該知道怎么優(yōu)雅地打開(kāi)了吧？不過(guò)切記，應(yīng)該是拍瓶底，而不是拍瓶蓋，不然底碎了但蓋子沒(méi)開(kāi)，那就尷尬了......

作者：危安然，應(yīng)用工程師，上海交通大學(xué)力學(xué)博士

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