拿杯咖啡走路为什么咖啡会溅出来搞笑诺贝尔流体力学奖

拿杯咖啡走路，为什么咖啡容易溅出来呢？

这虽然是一个普通的现象，却不是一个简单的问题。因为这个力学系统所牵涉到的两个单元是生物（持咖啡者）及流体（咖啡），生物的运动模式不若机械般稳定，而流体力学也是出了名的难搞，两者合一，创造出更多不确定的变因。

然而，也许是被溅出的咖啡惹毛了，加州大学圣塔巴巴拉分校机械系的Mayer及Krechetnikov决定寻找这问题的答案。他们拍摄了多位实验参与者拿着装有咖啡的杯子走路之画面，经由影像分析软体及咖啡杯上的感测器，可得到人员及咖啡杯上下、左右、前后及斜倾的运动状态，并套用非线性单摆的力学模式来类比咖啡液面，用电脑解算这个模型。经由实测及电脑模拟，总算摸清了这个系统的样貌。

经由实验观察到，人们拿起咖啡杯开始走路后，在跨出的第七步到第十步之间，是咖啡最容易溅出的时刻。

这个问题当然跟咖啡杯的几何大小有关，液体的材质及形状影响其振荡的自然频率。用一般常见的马克杯所盛装的咖啡，其自然频率约为2.6至4.3赫兹；而人们走路的频率则约1至2.5赫兹，属同一个数量级，因此杯中咖啡的振荡易受持杯者步伐的影响。另外，咖啡杯平滑的内缘，让咖啡的振荡几乎没有阻碍。

进一步分析，人们从静止状态起步时，通常于第一步到第四步之间是一小段加速运动，杯中咖啡就如公车上的乘客一般，会受起步加速度影响而让液面倾斜，提供后续晃动的初始位能。第四步之后，人们多半就定速前进了，但每一步之间还是会有微小的速度差，这让杯中咖啡处于一个前后摇摆的加速度力场之下，更助长了咖啡要越出杯子的气焰。

降低初始位能和减少后续摇摆是防止咖啡溢出的不二法门，然而这个实验揭露一个吊诡的现象：走路快的人，通常起步加速猛烈，造成液面初始位能大；而走路慢的人，步伐反而没有走路快的人来得稳定，不断地强化液面的晃动。所以说，不论你走得快或走得慢，都有很好的理由把咖啡溅出来。

当然，只要人们能专注于咖啡液面晃动的情况，就可以自然而然的让自已有缓和的加速和稳健的步伐。此外，研究人员也建议使用弹性材质、或内围有环状构造的杯子，以吸收其内液体晃动的力道或增加阻力，都能有效避免咖啡溅出。

但撇开工程应用之价值不谈，用如此「厚工」的实验架构去看这个溅出咖啡这种芝麻绿豆般的事，大有杀鸡用牛刀之感，让这两位科学家戴上了2012年搞笑诺贝尔「流体力学奖」的桂冠。

再说，在咖啡杯上加个杯盖不就好了吗？