火箭升天与咖啡泼洒
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“众所周知，一只满盛液体的小容器，我们端在手上走动时，须万分小心方可避免泼洒出来……”
当你读到这样的文字时，恐怕很难想到它摘自科学家的一份报告，但它确实出自科学家笔下。这名科学家来头还不小，是美国宇航局的一名流体力学家。在1966年，美国载人航天飞船登月前夕，他呈上了一份长达464页的报告。报告中只探讨一个问题：如何避免火箭上的液体助推剂泼洒出来？
这个问题看似琐屑，实则与太空飞行成败攸关。液体助推剂里有一部分是液态氧，当它泼洒出来后，火箭舱里氧气浓度陡然上升。火箭舱里有很多电子设备，万一产生一点电火花，在氧气浓度高的情况下，就很容易燃起来，所以后果不堪设想。
时至今天，这个问题依然没有得到很好的解决。近些年来，液体燃料的意外泼洒已使火箭发射数次延迟，例如1998年，美国宇航局因泼洒事故把“近地小行星会合”计划的火箭发射整整推迟了一年。2005年，欧洲宇航局发射了一颗卫星，其使命就是研究微重力环境下的流体力学，其中一项就是如何防止液体泼洒。
回到日常生活中，泼洒也是让我们头疼的问题。譬如，我们端着热茶、热咖啡走动，不小心就泼洒出来。曾经，美国一位老妇因在麦当劳餐厅就餐时被滚烫的咖啡泼洒出来严重烫伤，之后获得了64万美元的补偿金。
为什么饮料那么容易从杯子中泼溅出来，我们有什么好办法来防止呢？
咖啡泼洒的起因
泼洒很大程度上取决于两件事情的相互影响。一是液体的惯性：当容器向前移动时，突然改变速度，惯性使得液体保持原先的速度，不能及时顺应变化，于是液体中就产生了波动。二是共振：我们的步态有一个的固有频率（此即通常所说的节奏），当这个固有频率与液体振动的频率大致相当时，就产生了共振。共振的结果是液体波动的振幅越来越大，直至泼洒出来。
共振在生活中是很常见的。譬如，荡秋千的时候，每当秋千上升到最高处，我们适时地推它一下，接下去，它就会越荡越高。这也是因为我们推它的频率和秋千自身的自然频率“合拍”，产生了共振之故。
但咖啡泼洒的问题比秋千共振还要复杂，秋千只在一个方向上共振。但对咖啡而言，外界的冲击来自一个复杂的生物机械过程，这个过程有一个简单的名称：步行。步行对咖啡的冲击发生在三个维度。其中两个维度是因我们在二维地面上走动之故，第三个维度则是，我们在走动时，身体还会忽高忽低地摆动。尽管这个摆动比起我们在前后左右方向的移动要小得多，但对泼洒也有一定的影响。
所以，咖啡的泼洒比太空飞行器中液体燃料的泼洒还要复杂。
咖啡为什么容易泼洒？
2011年，在参加一次会议休息喝咖啡时间，德国科学家克瑞尼科夫和他的学生迈耶意识到，咖啡的泼洒很值得去系统研究一下。回到实验室，他们就立刻开展了实验。
他们让人拿着盛满咖啡的杯子，以不同速度行走。端咖啡者将注意力集中在杯子上，或者目视前方。摄像机会拍下他的动作和杯子的轨迹，同时杯子上配置一个微型传感器，记录溢出情况。
对视频的分析揭示了两件事情。首先，杯子从静止到运动的时候，咖啡最容易泼洒出来，这是因为一般来说，杯子从静止到运动，此时加速度最大。当然，倘若你不那么毛躁，那咖啡仅在杯子里晃动一下就罢了。其次，当你按正常步态和步速走动起来，那么，你身体的节奏很容易在液体上产生共振。共振放大了最初的振荡，使之变成更大的波动。
第二件事情是问题的关键所在。一般来说，比如一把吉他上的弦，它的共振频率范围是非常窄的，要刚好匹配上这个频率并不容易，所以不容易共振。但盛在容器中的液体，有着一个比较宽泛的共振频率范围，很容易引起共振。克瑞尼科夫和迈耶发现，在标准的咖啡杯中，咖啡液体的自然振荡频率，根据杯长和杯子直径的不同，在2.6～4.3赫兹之间。而在大多数人按正常速度走动的步态中，产生的频率大约在1～2.5赫兹之间。两者已经相当接近了，所以一个人端着一满杯咖啡，只要按自然步态走上七到十步，就可以使得咖啡泼洒出来。如果考虑到我们的身体还有上下摆动，这些摆动会加强共振，那么泼洒的时间还会提前。
“搞笑”的成果
那么，有什么办法能更好地防止咖啡泼洒呢？说出来真要让你哑然失笑，因为这一切都不过是尽人皆知的常识：走路不要太快；不要盛得太满；走路时小心看着点儿……因为研究了老半天，结果给出的是尽人皆知的老生常谈，所以该成果荣获2012年搞笑诺贝尔流体力学奖。
不过研究者建立的数学模型还是很有用处的，可以让科学家研究不同杯子的设计对于防泼洒的效果。
譬如，一个长而窄的圆柱形杯子具有更高的共振频率，不容易与人的步态发生共振。另一个措施也可以一试：让杯子从底部到杯口逐渐变窄。杯口越宽，越容易泼洒出来，这是因为，杯口直径越大，意味着液体中产生的微小振动波抵达杯口时，振幅可以变得越大。这可以解释为何端着一满碗汤很容易泼洒出来的道理。此外，用弹性材料制造的杯子盛咖啡也可以减轻泼洒，因为这种杯子比起硬度大的杯子，会吸收共振波的一部分能量。
不过，防泼洒最有效的措施大概要算加个盖子。在杯口扣一个坚实的盖子，哪怕你摔倒了，咖啡也不会泼洒出来。过去，农村人都知道一个道理。他们在挑水的时候，为了防止水泼洒出来，经常要往水桶里扔进一片大的树叶或木板。浮在水面的树叶或木板可以有效地抑制水波振动幅度，从而起到出色的防泼洒效果。