Вода или другой напиток поднимается по трубочке из-за разницы давления. Когда человек втягивает воздух из трубочки, давление во рту и над жидкостью становится ниже. Атмосферное давление продолжает действовать на открытую поверхность напитка в стакане и выталкивает жидкость туда, где давление меньше, то есть вверх по трубочке.
Что происходит во время первого глотка
До начала питья воздух внутри трубочки находится примерно под тем же давлением, что и воздух в комнате. Оба конца трубочки открыты, поэтому заметной разницы давлений нет. Напиток остаётся почти на одном уровне внутри и снаружи трубочки.
Во время глотка язык, щёки и мышцы грудной клетки помогают увеличить объём полости рта и удалить часть воздуха из верхней части трубочки. Давление там снижается. При этом на поверхность напитка в стакане по-прежнему действует атмосферное давление.
Возникает разность давлений. Более высокое давление снаружи передаётся жидкости и толкает её вверх по трубочке. Напиток движется до тех пор, пока человек поддерживает пониженное давление у верхнего конца и проглатывает поступающую жидкость.
Мы втягиваем воду или воздух толкает её вверх?
В быту обычно говорят, что человек всасывает напиток. Это удобное выражение, но оно не полностью описывает действие сил. Рот создаёт область пониженного давления, однако основную работу по подъёму жидкости выполняет окружающий воздух.
Атмосфера давит на всю открытую поверхность напитка. Сила передаётся через жидкость и направляет её в трубочку, где давление ниже. Чем больше разница давлений, тем быстрее может двигаться напиток.
Идеальный вакуум во рту не образуется. Давление лишь становится немного ниже атмосферного, и для обычной короткой трубочки этого достаточно. Само давление измеряют как силу, действующую на единицу площади, поэтому его выражают в паскалях.
Почему жидкость останавливается, если перестать пить
Когда человек перестаёт втягивать воздух и открывает рот, давление у верхнего конца трубочки быстро приближается к атмосферному. Теперь воздух почти одинаково давит на напиток в стакане и на жидкость внутри трубочки.
Разность давлений исчезает, а сила тяжести возвращает жидкость вниз. Небольшая часть напитка может задержаться на стенках из-за смачивания и поверхностного натяжения, но основной столб жидкости опускается.
Если закрыть верхнее отверстие пальцем и вынуть трубочку из стакана, часть жидкости останется внутри. Воздух не может свободно войти сверху, поэтому давление над водой уменьшается, а наружное атмосферное давление поддерживает столб снизу. Стоит убрать палец, как воздух войдёт в трубочку и вода вытечет.
Не поднимается ли вода за счёт капиллярного эффекта?
В очень тонких каналах вода действительно способна подниматься без участия человека. Такое явление называется капиллярностью. Оно связано со смачиванием стенок, поверхностным натяжением и притяжением между молекулами воды и материала.
Капиллярный эффект можно наблюдать в промокательной бумаге, сахаре и фитиле. Он описан в статье о том, как жидкость распространяется по тонким порам.
Обычная питьевая трубочка слишком широкая, чтобы капиллярный подъём обеспечивал полноценный глоток. В ней жидкость может самостоятельно приподняться лишь незначительно. Основное движение во время питья создаёт именно разница давления.
Можно ли пить через очень длинную трубочку?
Чем выше нужно поднять воду, тем больше должна быть разница между атмосферным давлением у поверхности напитка и давлением в верхней части трубочки. Вес водяного столба растёт вместе с его высотой.
Даже идеальный насос, создающий почти вакуум сверху, не способен поднять воду при обычном атмосферном давлении намного выше примерно десяти метров. На практике предел будет ниже из-за утечек воздуха, сопротивления движению жидкости и невозможности создать идеальный вакуум.
Высота местности тоже имеет значение. В горах атмосферное давление ниже, поэтому максимальная возможная высота подъёма воды уменьшается. По той же общей причине изменение внешнего давления ощущается, когда в самолёте закладывает уши.
---
Трубочка не тянет воду сама по себе. Человек снижает давление у её верхнего конца, после чего более высокое атмосферное давление на поверхность напитка выталкивает жидкость вверх. Как только давления выравниваются, подъём прекращается.
