汤圆为什么会自动翻身？是怕自己煮不熟吗？

如果问春节常吃的两种食品是什么，很多人一定回答是饺子和汤圆，但是在煮饺子和汤圆的时候，如果细心地观察，您就会发现饺子和汤圆在锅中的表现截然不同。

图1

煮汤圆的时候，可以看到汤圆浮起来之后，在热水里不停翻身，但相比而言，水饺却安静得多，基本上不动，这是为什么呢？

图2

原来，要研究漂浮物的稳定问题，必须研究重心和浮心位置关系。对于一个漂浮在水上，或者是悬浮在水中的物体来说，如果浮心位置高于重心位置，物体就处于稳定平衡状态，即便是由于某种原因偏离了平衡位置，物体还能自动回复至原位置。

比如扁平的小船，就是浮心高于重心的情形，即使在一定的风浪条件下，小船也不会翻，饺子就是如此。

图3

显然汤圆是一个球形结构，有着很高的对称性。这使得汤圆在转动的时候，重心没有任何变化，所以一个很小的力矩就会让它转动起来。

图4

饺子复杂的结构决定了它的物质分布不均匀，重心的位置也相对较为靠近有馅的一侧。单个的水饺放在锅里的时候，自动选择了重心最低的位置。这样，处于稳定平衡的饺子，即便是因为某种原因偏离的稳定位置，也能自动地恢复到原来的位置。

上述分析解释了汤圆易于旋转的问题，但是并没有解释汤圆翻身的问题。原来，汤圆漂浮在水面上以后，会发生翻身现象，而且每次翻身，翻过的角度都约等于180°。这又是为什么呢？

原来，如图5所示，当汤圆浮起来之后，由于汤圆理想的球对称性，汤圆的重心与球心重合，虽然汤圆的浮心比球心稍低，但这种完美的对称性使得汤圆的重心永远位于浮心的正上方，汤圆处于随遇平衡状态，即汤圆无论转过多少角度，汤圆也能依然保持平衡。

图5

汤圆180°大翻身的原因恰恰就在浮起之后的一小段时间内。在此期间，如图6所示，汤圆水面以上的部分由于温度降低，体积收缩，密度变大，打破了汤圆的球对称性，汤圆变得上面密度大，下面密度小，头重脚轻，处于不稳平衡状态。

图6

只要受到微小的扰动，汤圆就会翻转180°，变成密度大一侧在下，密度小一侧在上的稳定平衡状态了。

图7

在此，分析一个中间过渡状态，即旋转90°时的情形。如图7所示，进一步的数学分析显示，重心在浮心的左侧，汤圆在重力和浮力的共同作用下，力偶距为逆时针方向，汤圆将继续旋转，直至旋转180°为止。

180°大翻转之后，下部继续吸热膨胀，上部继续放热收缩，当水面上方的密度大于水面下方的密度时，汤圆就会再次翻转180°。

只要水面上下的温差一直存在，汤圆就会不断地翻转下去……

原来，使汤圆不断翻身的主要原因竟然不是水的翻腾，而是水面上下的温差，这使我想起了以前做过的易拉罐斯特林引擎……

声明

鉴于以前发生过有个别网友摘抄改编本公众号的推送，并在物理相关专业期刊上发表论文的先例，微主将以本推送为蓝本撰写论文，特在此声明，希望手下留情。

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