大家爱吃这种玻璃瓶装的水果罐头吗？在以前物质并不丰富的时候，这种罐头是小朋友们难得的美味。到了现在，仍有许多人一直喜爱它，水果罐头的味道成为了某种共同的童年回忆和心灵慰藉。

江湖传说“黄桃罐头会保佑每一个小朋友”，你的记忆里有它的味道嘛？图源：小红书

罐头好吃，但盖子难拧开，尤其对于力气小的孩子们来说，这时只能求大人帮忙。印象里，大人们碰到拧不开的罐头时，通常会把罐头倒过来，拍一下底部，然后“啵”的一声，瓶盖就松开了。

拍一拍罐头底部就更容易打开了。图源：sohu.com

在享受罐头美味的同时，小时候的你有没有琢磨过，拧不开的罐头，为什么拍一拍底部就能轻松打开了？今天我们就来揭秘一下。

不可低估的水的力量

在高速摄影机下，我们可以清晰地观察拍击的一瞬间到底发生了什么。这里，我们拿一个装了水玻璃瓶，然后击打瓶口，用来模拟拍罐头的场景。

高速摄影机下观察拍击的瞬间。图源：网络视频@ Beyond Slow Motion

在快速的击打下，瓶子会向下移动一小段距离。但是，由于物体的惯性，瓶子里的水一开始并不会跟随瓶子向下移动，而是停留在原来的位置。

这个时候，由于瓶底和水的分离，会在瓶底短暂地产生一个接近真空的低压区域。接着，水就会在上侧大气压的作用下，迅速向下流动，填补这个低压区。当快速流动的水撞击到瓶底时，瞬间的减速会产生巨大的冲击力，将瓶底击碎。

换个角度，能清晰地看到水向前撞击瓶底的过程。图源：网络视频@ Beyond Slow Motion

所以，真正打开罐头瓶盖的不是巴掌，而是靠水流。看起来柔弱的水，却能产生足以击碎厚玻璃的强大力量。这其实并不稀奇，在生活中的其他地方也经常能够看到。比如，如果快速关闭水管上的龙头，可以发现水管会猛烈摇晃一下，甚至发出沉闷的响声。

突然关闭阀门，管道会像被锤子敲了一样发生振动。图源：bilibili@科普记

如同连环追尾的水锤效应

和拍罐头、关龙头一样，如果快速的水流被某种外界原因突然截止，由于水的压缩性很差，光靠自身难以缓冲，所以会产生很大的压力作用到外界。我们把这一类现象叫做水锤效应。这就好比高速路上，前车突然刹车，后面的车来不及反应，只能狠狠撞上去发生追尾。

水锤效应就好比是急刹车导致的连环追尾。图源：bilibili@科普记

在输水管道中，突然关闭阀门，引发的强大压力能达到正常压力的数十至上百倍，可能引起管道的爆裂。这叫做正水锤。同时，冲击波还会在管道内来回传播，造成管道的激烈振动，并损坏阀门等其他管路装置，危害整个管路系统。

如果突然打开阀门，释放水流的同时也会让管道内的压力迅速下降，在外界大气压的作用下，可能会引起管道的瘪塌。这叫做负水锤。总之，无论是正水锤还是负水锤，都需要避免在管路使用时出现。

现在，很多地方都会在管路中连接一个水锤消除器，它的主体由一个活塞和一个气腔组成。水锤效应引发管道内压力的变化会作用在这个活塞上，引起它在气腔内的上下运动，使气腔内的气压和管道内的压力形成动态平衡，从而减弱对管路本体的冲击和振动。

水锤消除器可以用来防止压力波动对管路的损坏。图源：bilibili@冷科普

水锤效应也不是一无是处，有时候人们反而需要利用它，比如水锤泵。它可以利用水锤产生的强大压力，把水从低处泵送至高处。相比于其他工作原理的泵，它具有结构简单、维护成本低、使用寿命长等优势。同时，还可以利用水锤效应产生喷射的高压水流，用于清洗、喷泉等场景。

水锤泵可以将水提升至高处使用。图源：baijiahao

经过今天的介绍，下次遇到拧不开的罐头瓶，你应该知道怎么优雅地打开了吧？不过切记，应该是拍瓶底，而不是拍瓶盖，不然底碎了但盖子没开，那就尴尬了......

搞错方向拍罐头的话，就是一个悲伤的故事。图源：微博@幽默君尧尧

作者：危安然，应用工程师，上海交通大学力学博士