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第十六期问题:咬过的茶叶为什么会下沉?(查看详情,请点击群博右边栏的Dr.YOU专辑)

过年大家也没闲着啊,这次收到了四封来信。来自潘衡岳Albert JIAO谢颖的三封短小精悍的文字,为我们解释了空气和茶叶如何跳出优美舞蹈;另一封……呃,某八爪鱼同学对茶叶们下鸟毒手……

且看这回分解:

潘衡岳:

当开水缓缓注入茶杯中,杯底那一点茶叶立刻随着汹涌的波涛在杯中起伏,如一叶扁舟在大海中飘荡……当杯中小小的水面平静下来,我们常常会发现一个情况:有的茶叶沉入了水底,有的茶叶依然漂浮在水面上。当你无情地把漂浮在水面的茶叶捞起,放入你的血盆大口,咬一下再放回茶水中(好像这么无聊的人不多^_^),你经常会发现,它,已经浮不起来了……

为什么会这样呢?

茶叶,顾名思义,是一种叶,只是已经被晒干了。但是,叶子的一些属性它仍然保留着。那薄薄的叶片里,包括致密的栅栏组织和疏松的海绵组织还有N多的气孔。其中,有不少空隙都储有空气。加之茶叶干燥时自然卷曲,如果形成了空腔的结构,贮存的空气更多。只要空气足够多,茶叶自然会浮在水面上。因此,有的茶叶浮起,有的茶叶沉底,是由每片茶叶的结构可以贮存空气的多少来决定的。

当浮在水面上的茶叶被无情的你咬了一口时,它苦心抵抗水的入侵的努力就这样付之东流。你狠狠咬下的一口,破坏了茶叶的空腔结构,也就放掉了其中包含的空气,相对之下,就增大了茶叶的密度,使回到水中的茶叶,正式由一叶扁舟变成了一叶潜水艇。打个比方,一个铝制的易拉罐,扔进水里,会浮在水面上,但如果你狠狠咬它一口(当然,咬不动的话用脚踩也行),把它的空腔破坏,空气放掉,再扔回水里,它就会恢复大部分金属的本性:遇水则沉。

其实,想让茶叶沉下去,没必要把每一片都捞上来咬一口(虽然这么做确实很有型),用开水多泡一会儿,茶叶无法长时间阻止水的渗透,空腔会渐渐进水,其中的空气也会慢慢被挤出,自然会变成泰坦尼克号……当然,享受清香的茶水才是最重要的对不?

最后,给大家拜个年,祝大家新的一年事事顺心如意!

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Albert JIAO:

很多松鼠会的同学童鞋都认为这个问题too naive,too simple,几句话就能解释清楚,但我想写够500字还是能达到的(不是像天涯论坛发帖那样,将“遵守国家法律法规……”copy几遍)。

首先说一下茶叶,茶叶是由茶树叶子晒干而成的,别看茶树叶晒干后干干瘪瘪,当年长在树上时可不是这样,是很有活力滴,叶片上有呼吸和蒸发水用的气孔,内部有运输水和有机物的管道,小小的叶片内部如同一个繁忙的港口。
茶树叶被晒干后,大部分水分都被蒸发掉,叶子细胞也都死亡了,但是原有的孔洞、管道仍然使干叶子内部充满小空隙。无处不在的空气不会放过任何一个可以去的地方,小空隙里也充满着空气。

茶叶被放进水里之后,大多由于本身重量不大,但在内部空隙里空气的帮助下体积很大,受到水的浮力也很大,可以浮在水面上。但是好景不长,水对于茶叶内部的微小空隙也很有兴趣,至于为啥有兴趣,则说来话长。

杯中的水除了受地球的重力外,杯中水分子之间还要相互吸引,不过在地球上,第二种力量同重力相比只是九牛一毛。在太空失重条件下,由于水分子之间向各个方向互相吸引力大小都是均匀的,最后水都是球状。但在地面上,这种吸引力只能使平平的水面微微向上弯曲一点,称之为表面张力。

在这微小的张力和热水温度逼迫下,茶叶里的空气只好乖乖将位置让给水了 。于是茶叶重量大增,一片接着一片的沉到水下。不过干茶叶形状千姿百态,有的姿态舒展,水可以超快地浸满整片茶叶,有的卷卷曲曲,水不容易进到里面的空隙里。这时如果你把顽固不沉的茶叶放到嘴里咬一咬,一来可以将里面的空气排出一些,是封闭的空隙打开,二来很多唾液也会进入空隙,帮助浸润茶叶,吐回去的茶叶浸满水下沉也就不是难事了。

最后再加一句,水乐意钻进茶叶、毛巾、纸、细的管子一类东西内部小空隙并把它们弄湿的毛病统统都属于大名鼎鼎的毛细现象。

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谢颖:茶叶的浮生一日

看到这期的提问首先想到的竟然是楼主买的茶叶好像不太好吧(笑)。在办公室里经常看到同事泡茶,也经常能听到他们在讨论茶叶优劣的区分。有种说法是好的茶叶泡开以后会直立着沉到杯底,或是在杯中直立着上下浮沉,这种并没有什么依据的说法在一段时间里在办公室大行其道,以至于好几个人每天都捧着茶杯观看茶叶的水中芭蕾。在日本也有类似的说法:在茶杯中的茶梗如果是直立着飘在水面上的话,喝茶的人会交到好运。这一场景被普遍的运用在一些喜剧片中:一个或几个人兴奋莫名地盯着在茶杯里飘荡的茶梗,然后就开始倒霉。

有点扯远了,欢迎回到现实世界(听起来有点耳熟)。茶叶在从怒放(?)于茶树枝头到成为茶客的杯中物之间还有一段很长的路要走。就那大家最熟悉的西湖龙井为例:一斤西湖龙井一般需要四~五斤青叶,要经过采摘、摊放、杀青、回潮、辉锅、分筛、挺长头、归堆、收灰等工序,这些工作的主要目的是为了收干茶叶中的水分,并防止茶叶受潮,因此茶叶在冲泡前都是非常干燥的。而作为植物的叶片其中是有叶脉,在自然环境下叶脉中含有的水分在炒制过程中蒸发,冷却时空气便得以进入。而茶叶的卷曲形状也会使一些空气被包裹在叶片外层。当热腾腾的开水被倒入茶杯,茶叶在水中翻腾的时候叶片外层的空气受热膨胀体积变大形成气泡,增加了茶叶片的浮力,茶叶就浮上了水面。在水面上气泡破裂,又或者原本卷曲的茶叶舒展开后气泡逃逸,茶叶失去了浮力的支撑,于是缓缓下沉。在下沉的过程中叶脉中的空气也逐渐受热膨胀,茶叶于是得到了新的上升动力。于是一段幽香袭人的水中舞蹈就此上演。至于那些还不舍得抛弃叶片表面的气泡的茶叶,它们脱离了水下的集体,孤独地漂浮在水面上,得到了楼主血盆大口的垂青。再回到杯子里的时候,它们已不再完整,不是失去了部分躯体,就是和气泡天“叶”永隔。失去了漂浮在水面的能力,从此沉入杯底…….

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八爪鱼:茶叶下沉的多因素研究

节日期间茶水消耗增大,广大群众的茶叶被咬之后纷纷下沉,给群众造成了迷惑,给节日添了堵心。为探索该现象之下的可能因素,保障节日气氛,维持和谐的大好局面,本研究通过对照试验,针对性的分析导致被咬茶叶下沉现象,发现导致茶叶下沉主要因素有压力和光线。唾液对其无影响,加冷水阻碍下沉。

关键词:八爪鱼 你就可劲糟蹋吧 节日 茶叶

试验材料:茶叶 茶杯 热水 八爪鱼 志愿者

翻箱倒柜,终于找到一点茶叶。一颗一颗都是球形的,看来还是上好的茶品。只是不知道名字是什么。就当作茶叶T吧。

干净的杯子,沸水冲茶叶。果然大约所有的茶叶都漂浮着。渐渐的茶叶球在水里散开成叶子的样子,有的在水里漂着,有的则沉入了水底。

然后我找了一个志愿者,让她把这些漂浮的茶叶咬一口,噗的吐回茶杯。总共咬了十片,其中有大约五片吐回杯子之后沉入水底。还有五片漂浮。

为了验证咬茶叶是否真能加速茶叶下沉,要求志愿者再次咬尚未下沉的茶叶,经过反复思想动员,该志愿者坚决不从。只好自己又挨片咬了茶叶,这次可能有主观原因,五片被咬成了十片,均沉入了水底。

分析:咬茶叶的确能加速下沉。至于咬断是不是一定会下沉有待进一步研究。

重复试验,直接将茶叶剪裁成两半,结果下沉率仍然50%。排除咬断能加速的可能。

再次试验,咬一口,下沉率50%。以此结果向志愿者证明我二人颇有共通之处。未得到认可。

总结以上试验结果,分析咬茶叶加速茶叶下沉的可能原因:

1. 机械压力。
2. 唾液浸润。
3. 口内隔绝光线。
4. 温度变化。

再次试验结果:

1冲茶,在志愿者协助下,用玻棒碾压上浮茶叶,下沉率达到80%!该试验证明机械压力有助于茶叶下沉。

2冲茶,收集唾液。志愿者此时拒绝进一步协助。(以下试验独立完成) 将上浮茶叶浸泡10秒。下沉率50%。证明唾液对茶叶下沉无影响。

3冲两杯茶,稍候,计数上浮茶叶,然后将一只茶杯至于不透光处。少顷,茶叶下沉率70%!高于透光处的60%!证明隔离光线有助于茶叶下沉。

4冲两杯茶,其中一只加冷水少许。茶叶下沉率低于不加冷水的对照组。

讨论:

针对碾压加速下沉,以志愿者为代表的广大群众认为,即使是面包屑,这么压也会下沉。另外咬一口茶叶时,切割多于碾压。该试验不能证明茶叶下沉是因为碾压。但是考虑到一般咬茶叶的时候,不仅牙齿咬,上下唇也参与抿压,因此还是有道理的!就是有道理的!

唾液的因素,全体通过无效认证。

试验3证明光线对茶叶下沉有影响。哦!难怪冲茶叶要盖盖子!全体研究人员都很兴奋!give each other five!

试验四证明冲茶万万不可加冷水,切忌切忌!群众反映此结论纯属多余。

结论:通过以上全面细致的研究,证明碾压可加速下沉。因此大板牙厚嘴唇有利于茶叶下沉。隔绝光线也能加速茶叶下沉,节日期间,喝茶一定要盖盖!唾液不影响茶叶下沉,因此建议群众喝茶时不必向茶杯中吐唾沫。温度对茶叶下沉有影响。为保证茶叶下沉,可用保温杯。同时切忌在茶叶下沉之前加冷水。

祝大家节日愉快!

====================== 捧着茶叶跳舞的Dr.Who================================

Dr.Who说:
真是言简意赅的来信!赞怒放的茶叶!^^ 害得我也捧着杯子傻看了半天“茶叶舞”~喜欢潘同学把茶叶比作易拉罐,喜欢JIAO同学对毛细现象的介绍,喜欢谢同学的好文笔。八爪鱼的钻研精神更令人佩服了,尤其是冒着志愿者同学反胃的危险把可怜的茶叶泡进口水里面……呃,看来是没有解茶叶们的渴,嘿嘿。

可是Who某仍然很好奇,在细胞那么小的尺度上,水也像流进易拉罐那么容易地流进叶脉的空腔里面吗?JIAO同学把什么是毛细现象说得挺清楚的,可是水是怎样进入茶叶的呢?“在这微小的张力和热水温度逼迫下,茶叶里的空气只好乖乖将位置让给水了”,我看完了还是不太明白为什么呀。谢同学把表面气泡和叶脉气泡分开来分析,真是非凡的思路。唯一的遗憾是也没有解释为什么咬之前水渗不进去?八爪鱼同学的实验结果和前三位的理论挺吻合的么,可惜实验者自己木有出来分析一下原理。

微观世界里的现象,或许会改变我们在宏观世界里获得的概念。一只蚂蚁可以举起一颗小水珠,那么诸如“水流”这么“简单”的词,在茶叶们那里,会不会有不同的含义呢?

42 Responses to “[Dr.YOU第十六期] 读者来信:当一片茶叶也不容易啊”

  1. 八爪鱼 说:

    Dr.Who说:
    八爪鱼同学的实验结果和前三位的理论挺吻合的么,可惜实验者自己木有出来分析一下原理。
    ---------------
    非不为也,实不能也。。。。。。

  2. sunfield 说:

    赞实验精神!

    但是我想不通为啥光线也会影响茶叶下沉率?看操作过程似乎是在有光处冲的茶叶,然后一杯没动,另一杯移到暗处,那么,会不会是晃动的过程影响了茶叶的沉降?另外,我一直以为泡茶盖上盖子是因为保持了一定的温度湿度才导致茶叶更快被水浸润的,未必和光线有关……

    对于4的操作也有些问题,如果冲完茶后只在其中一杯加冷水,同样也存在茶水晃动的干扰,对照并不完全。觉得更好的对照是一杯加冷水,另一杯以同样操作方式加入等量的热水…

    ——以上,纯属某人被论文折腾了n个月之后的习惯性思维--bbb

    • 八爪鱼 说:

      我也想不通为啥光线也有影响。可能是茶叶和水在光的催化下发生了聚合反应?要不是和量子物理有关?要不是和光电效应有关?这些我都不懂啊:( 等大牛协作完成此研究了。
      我这就重新设计试验,在茶杯盖子上加个灯泡。。。。
      对于4的情况应该补充对照组,同样方式给对照组加热水。
      不知道sunfield同学能不能协助试验,提供唾沫。。。。。

      • Dr.Who 说:

        就像云无心所说,你的实验缺乏统计结论支持瓦

      • sunfield 说:

        哈哈,我写完都觉得太较真了。
        然后读了一下其他回复,越看越觉得好玩,很有些The big bang theory里对白的味道了

  3. justso 说:

    这样的讨论过程,让我这个观众有下面的猜测:
    1,针尖上能站立5个天使,一定是楼上各位的老祖先发明的,有基因遗传特征!
    2,大家还是先搞清楚是绿茶,红茶还是乌龙吧,这些茶叶制作工艺,泡茶工艺都不同,不可混为一谈啊!
    3,好吧,我承认,我也快论述针尖上能站几个天使了!

  4. yunwuxin 说:

    光线影响的那个数据没有意义。要说明70%比60%下沉率高(一般要求95%confidence level),差不多要各数150片茶叶才行。即使把confindence level降到90%,也要大约各100片茶叶才行。

    • 八爪鱼 说:

      好的,我这就去卖茶叶。

    • hbchendl 说:

      书呆子气上来了,统计似乎有点问题,不是各数150片茶叶,而是多泡几杯茶,(别害怕,不用泡150杯估计十来杯就够了)每个杯里放二三十片就够,然后一半放在明处,一半放在暗处.然后作统计.

      但我依然不相信光照对茶叶沉浮有作用.恐怕是把茶杯置于暗处的操作会导致其他的环境改变所致.也许作了正确的统计之后会发现”没有显著性差异”.

  5. 八爪鱼 说:

    对了,在我找茶叶的时候,你可以给大家说说,要证明这个差异,为什么需要达到统计学要求。:)

  6. yunwuxin 说:

    这个问题貌似可以从表面微结构和浸润的角度来分析。就像高手可以把硬币浮在水面,但是稍有扰动就沉下去了。

  7. Aiger 说:

    好吧,我承认我看八爪鱼的试验主要在注意想找出他和志愿者之间的关系……

    • 八爪鱼 说:

      我觉定专门写一篇以你的生平为主题的科普小文。:)

    • seren 说:

      Aiger,来,握手握手。我一边看就一边注意了一下细节:

      1)“她”(当然我不知道八爪鱼是他还是她)
      2)志愿者咬过的茶叶,八爪鱼还愿意接着咬一遍。不是有着高涨的为(伪)科学献身的精神,就是亲密非常………………
      3)八爪鱼在实验过程中力图证明自己与志愿者“颇有共通之处”,但“未得到认可”。此处语气平淡,但不知道当时心中是何感受。
      4)用玻璃棒碾压茶叶这一任务需要志愿者协助完成。如何共同使用玻璃棒,如何碾压,值得考究。
      5)志愿者拒绝八爪鱼收集其唾液的提议,八爪鱼只好独立完成。八爪鱼是如何向志愿者提出收集唾液的方式的?为什么志愿者坚决拒绝???此处大有文章。
      6)所有回帖都提到光照实验非常无稽、缺乏统计知识。同学们,身为松鼠会亲友团的活跃成员,留美医学专业博士,八爪鱼会连显著性差异都不知道吗?为什么八爪鱼还要做这部分实验呢?
      经色人我调查原因在此:“试验3证明光线对茶叶下沉有影响。哦!难怪冲茶叶要盖盖子!全体研究人员都很兴奋!give each other five!”
      同学们朋友们,原来就是为了和志愿者“give each other five”阿!至于这five市怎么给的,是温柔的还是狂野的,是羞涩的还是挑逗的,还是让八爪鱼同学自己来说吧!!

  8. Metaverse 说:

    沉不沉,最直接的第一层解释就是茶叶的平均密度吧,接下来就是茶叶结构、结构成因和泡茶过程之类。。。

    关于光线,我猜其实不是光的问题,而是盖上盖子水蒸气跑不出去最终渗回到茶叶里……?

  9. 白虹 说:

    茶叶的沉浮这个问题看似司空见惯,其实很复杂的,是属于液固气三相的接触角问题,到现在也没有完全弄清机理。简单来说,茶叶表面有很多微米和纳米级别(1微米大约是一根头发丝的1/10,1纳米则是1微米的1/1000)的孔隙和绒毛,可以储存空气。如果热水倒进去,空气一时半会还留着,那么茶叶就只有部分润湿,水在微孔隙的表面张力(称为Young-Laplace force)形成浮力,可以托起茶叶。如果放到嘴里咀嚼,或是等待足够长时间,水逐渐侵入到空气的地盘,这样水就会浸润大部分茶叶,失去了向上的表面张力,因此就会下沉。
    上面有人提到茶叶的重量,在1g左右的量级,和表面张力相比是可以忽略的,不是茶叶下降的主要原因。隔绝光线能加速茶叶下沉很可疑,因为光压微不足道,倒是可能因为密封了加了热水的茶杯,导致茶杯内气压升高,破坏了茶叶的上下气压平衡。相反,我认为严格的实验会证明唾液导致茶叶下沉,因为唾液的表面张力(~72mN/m)要高于茶叶(~30mB/N),会使水更容易进入茶叶的微细间隙,从而茶叶变得全润湿。

    总而言之,茶叶的沉浮取决于茶叶表面的润湿程度,温度对茶叶的影响也体现在改变茶叶和水的表面张力上。温度升高,液体的表面张力变小,更容易润湿固体,这就是为什么要用热水冲茶的原因之一,如果用冷水,会发现许多茶叶怎么也沉不下去。

    • 方丈 说:

      这个太专业了!~大牛真的来了~~~

    • Justso 说:

      同学,还要考虑嚼茶叶的唾液是稀呼呼那种还是黏糊糊那种吧,唾液是不同的。这样就要合并分析八爪鱼同学当天吃饭情况,以及垂涎欲滴的最终环境解释……

    • Dr.Who 说:

      “唾液的表面张力(~72mN/m)要高于茶叶(~30mB/N),会使水更容易进入茶叶的微细间隙,从而茶叶变得全润湿”——

      1.一般表面张力特指气液界面的张力,”茶叶的表面张力”作何解释?30mN/m(原文mB/N笔误?)是估计的还是有出处?

      2. 唾液的表面张力72是否有实验支持?纯水的表面张力在72左右,唾液中的杂质(尤其是酶)对于表面张力的影响是否可以忽略?

      3.”表面张力高有助于水进入毛细管”理论上对的,但是对于固体表面的空隙(可以看作另一端是封闭的)这个因素不重要。”从而使茶叶变得全润湿”是不对的,实际应用中是通过降低表面张力(实际上是降低接触角)来增加润湿帮助分散的。

      4.”表面张力高帮助润湿”也与后面热水表面张力低有助润湿”矛盾。

  10. 知道了 说:

    强烈建议网站推荐八爪鱼童鞋的文章参加2009年搞笑诺贝尔奖!

  11. ifelon 说:

    I like this guy
    I luv da place

  12. Netson 说:

    最开始“第十六期问题:咬过的茶叶为什么会下沉?”的链接做错了。。

  13. king 说:

    说到茶叶,我想到了茶酵母。最近在很多电视台的深夜节目中,反复出现了一个宣传(就是广告)茶酵母减肥的节目,并且还当场做试验证明。本人亟需减肥,但不敢盲从。原因有二:一是现在为兜售产品,很多宣传都采取了貌似科学的实验手法,以博取(实际是骗取,例如“糖脂宁”)消费者信任,二是这种手法用多了,稍有常识的人也不敢轻信,买过用过被骗过破财过但又怕错过,谁能告诉我“茶酵母”是否确有疗效?迷茫的人在此谢过。

  14. [...] 茶叶问题读者来信第一期 [...]

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