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小小茶叶,谁主沉浮(8)

再冷门的问题也有最热闹的答案 作者:科学松鼠会和它的朋友们


也就是说,茶叶会以很小的幅度上下振动几下,然后停在浮力与重力相等的温度层上。

如果茶叶的下沉像hbchendl所说,是水泡胀了细胞,那么在下沉过程中温度的增加只会加剧这一效应,从而不断加速茶叶的下沉,不会出现半途停下,悬浮的现象。另外,密度梯度上大下小,意味着体积不变的情况下浮力上大下小,茶叶的下沉也将被加速,无法悬浮。hbchendl的理论无法解释茶叶的悬浮现象。

此外,hbchendl讲了“沉”,却回避了“浮”的问题。因为他不认为有气体参与了整个过程,所以沉浮仅由于茶叶自身密度变化造成。他指出茶叶泡水后密度增加,所以下沉,那么言外之意就是茶叶在泡水之前密度小于水,所以能浮。但他从未明确说出这一点,更未解释为什么泡水之前的茶叶密度小于水。

泡水之后,hbchendl认为水进入了“空隙”中,而又否认空隙中原来有气体。那么“空隙”就只能是真空喽?只不过,无论是细胞膜,还是细胞壁,恐怕都难以抗拒真空与大气之间的压力差吧?况且,没有任何外力的情况下,自然界中很难自己产生真空态。

泡水之后的密度,hbchendl进行了简单的定性分析,得出密度增加的结论。但实际情况要复杂得多。为了说明这种复杂的情况,我不得不用一些数学计算。

让我们分析一个茶叶细胞的情况,把其中的物质分为可溶于水的和不溶于水的。按hbchendl的说法,细胞质溶于水,细胞外壁则不溶,能保持细胞的形态。那么,当细胞没有水,处于“干”态时,细胞的干密度=细胞的干质量/(不溶物质的干体积+可溶物质的干体积)。泡水后,若细胞内腔被撑开,有了一定体积并有了水,那么,细胞的湿密度=(细胞的干质量+细胞内腔体积×纯水的密度)/(不溶物质的干体积+细胞内腔体积)。需要说明的是,之所以乘纯水的密度是因为细胞的干质量中已经包含了那些溶于水的物质;不溶于水的物质因为不溶于水,所以泡水前后体积不变;而溶于水的物质溶水后就没有体积了。

对上面两个密度进行同样的数学处理,最终使细胞的干密度变成1,而细胞的湿密度变成[(可溶物质体积/细胞内腔体积)+(纯水的密度/细胞的干密度)]。当此式值小于1时,则细胞湿密度小于细胞的干密度;当此式值大于1时,则细胞湿密度大于干密度。

因为其中可溶物质体积远小于细胞内腔体积,故(可溶物质体积/细胞内腔体积)基本可以忽略。关键要看纯水的密度与细胞的干密度的比值。因为前面已经说过,hbchendl回避了浮的问题,基本假设茶叶干密度小于水,则上式值大于1,于是湿密度大于干密度,泡水后茶叶下沉。


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