你知道为什么自己倒牛奶总是翻车吗？
假期的我，是不存在什么早饭的。每天10点多起床的我一般都是来杯牛奶当作早（午）饭。
倒牛奶的我
只不过有一天不知道为何，倒牛奶的时候溅到了桌子上好多，我以迅雷不及掩耳之势，将桌子清理干净了（防止被麻麻骂）。可是作为一个喝了这么多年牛奶的老司机，怎么就突然翻车了呢？
老司机一样的我
然后我赶紧上网查了查，只发现了下面这张图：
倒牛奶的正确姿势 来源：网络
大气压与牛奶
Atmospheric pressure and milk
我仔细回忆了一下早上倒牛奶的全过程，包括倒牛奶的姿势和所用的是哪一只手。后来发现牛奶盒的开口并不是对称的，和往常不同的是，今天倒牛奶时开口是向下的，虽然是离杯子更近了。而这就是问题所在。
喝牛奶的我
如果开口向上（倒牛奶的正确姿势图右），牛奶不会将开口完全覆盖，盒子内部牛奶上方一直有空气，且与外部空气连通，压强一致。此时牛奶可以在重力的作用下自由平稳的流出。这就像在敞口的玻璃杯倒水是一样的。
如果开口向下（倒牛奶的正确姿势图左），盒中牛奶较多，那么牛奶就会完全覆盖住开口。在一些牛奶流出之后，牛奶盒内部的空气压力就会低于外部大气压（在你不挤压牛奶盒的情况下），产生的压力差就会倾向于将牛奶推回去。
高度与大气压的关系1mb =0.1MPa
平时大家可能不太能感受到的大气压到底有多大。一个标准大气压是1.013×105Pa（帕）。也就是意味着在每平方米的地方有1.013×105牛的力。如果还没有什么概念的话，那就来复习一下马德堡半球实验。
马德堡半球实验是1654年由德国物理学家、时任马德堡市长的奥托·冯·居里克于今日德国的雷根斯堡进行的一项物理实验。实验所用的是两个空心铜质半球，将两个半球中的空气被抽出后，两个半球紧密的结合在一起。
纪念马德堡半球实验的邮票
然后让马向两侧拉动，两个半球并没有拉开。如果可以可以将半球间的空气完全抽出的话，经过计算可以知道分开两个球需要2万牛的力，假设一个成年男子的体重是80KG，那就相当于举起25个成年男子的力。
实验中所用的真空泵是托里拆利制造的世界上第一个真空泵。[1]
不过物理课上经常用下面的实验来演示大气压，拿起一个玻璃杯，装满水，放一张可以将开口完全覆盖的纸，然后将玻璃杯和纸张倒过来，由于大气压的存在，所以水并不会掉出来。
来源：youtube
表面张力与孔径
Surface tension and aperture
那么，如果取出纸张来水会怎么掉下来呢？水还会被大气压向上拖着留在杯子中吗？
答案当然是否定的。原因在于水与空气接触的表面不一定保持绝对的平坦。换句话说，在水和空气的分界面，水会有一部分向下移动，那么空气就会在另外的地方向上移动。这就是流体的流动不稳定性。
水-空气分界面 来源[2]
对于倒置的玻璃杯，上方较重的液体是水，下方是较轻的空气。上面说的情况对应于一定量的空气进入水中，相应的此时将有等量的水滴落下来。如果这个过程一直持续下去，水将倾泻而出，相应数量的空气将向上占满原来水的空间，从而形成复杂的运动。
之后再用杯子倒牛奶
对于牛奶来说，进入的空气很快与外界空气隔离开，形成一个气泡。气泡在盒子内上升直到到达盒子内牛奶上方的空气层。这样纸箱内气压与外界大气压重新平衡。气泡的周期性形成以及纸箱内气压的相应波动会产生“吨吨吨”的声音、纸箱的震动以及倒牛奶时产生的飞溅。
如果此时孔太小，不挤压纸箱的话，牛奶根本不会流出。
水的表面张力使得蜥蜴凌波微步
孔太小，液体的表面张力就会阻止液体的流出。如果您在较轻的流体上放置了较重的流体，则较重的流体在流入较轻的流体时会降低混合物的重力势能。但是，重力势能的减少必须与流体之间界面的势能的增加抵消，因为该界面的变形受到表面张力的阻挠。如果表面张力胜出，则重的流体会留在上面不动。如果重力势能获胜，那么大量的液体就会倾泻而下。这就是上面实验的情况。
蟹状星云是瑞利-泰勒不稳定性明显的证据 来源：维基百科
其实允许较重的流体倒出界面是瑞利-泰勒不稳定性的一个实例，它在气象和天体物理学中有许多有趣的应用。
回到倒牛奶的原始问题，如果还是尝试通过底部附近的孔将牛奶从几乎满满的纸箱中倒出，那么牛奶只能通过RT的不稳定性而流出。这必然涉及复杂而不稳定的运动。
如何科学有效的倒牛奶？
How to pour milk scientifically and effectively?
那么，我究竟该如何科学有效的倒牛奶呢？如果你用的牛奶盒也是下图所示的这种的话，万语千言不如总结为一张图：
科学倒牛奶的正确姿势 来源：网络
除了上图圆形开孔的牛奶盒外，还有下图所示的开孔方式。这样的开孔方式很难让牛奶完全覆盖开孔，也无需考虑倾倒牛奶时的方向问题。感觉这是对我们“记不住星人”的一种照顾。
另一种开孔方式的牛奶盒
查完各种倒牛奶资料的我怀着严谨激动的心情，去跟麻麻解释，以后怎么倒牛奶最好。结果最后换来的却是：
“你怎么不喝小盒装的？”
倒牛奶需要科学的方法
而这段时间出门必备的口罩在各方的强调下
科学的佩戴方法应该没有人不会了吧
（不会的再继续学一下哦）
总之，热干面加油！！！
图片来源：微博@陈小桃momo
部分图片来源于网络
参考文献：
[1]Hall, Edwin H.; Bergen, Joseph Y.A Textbook of Physics, 3rd Ed.. New York: Henry Holt & Co. 1903: 52
[2]Mollo-Christensen E. Flow instabilities[M]. Encyclopedia Britannica Educational Corporation, 1968.
推荐 阅 读 点 击 标 题 即 可 阅 读 全 文编辑：井上菌
《大明王朝1566》就是最好的国产历史剧，没有之一
这两天的疫情进展，全被这部新片预言了
真功夫没落是因为抄袭吗？是因为难吃啊
