手機瀏覽中華飲品屆
拉花的基礎(chǔ)物理學(xué)原理液體表面存在張力，粘稠/密度大液體表面張力更大，傾倒奶泡的過程中，每單位時間內(nèi)傾倒的奶泡都同時受到：1：重力2：浮力（阿基米德定律，見流體靜力學(xué)）3：液體表面張力4：同時流動的液體受伯努力定律（見流體動力學(xué)）影響在這四者共同作用下，后續(xù)倒入的奶泡可以在原有的混合物（esp+先倒入的奶泡）的表面形成一定的形狀并在一定時間內(nèi)保持不變的結(jié)果，即我們所理解的拉花（表面成型）。關(guān)鍵詞：重力，液體表面張力（區(qū)別于“張力”），浮力，流體力學(xué)（流體靜力學(xué)和流體動力學(xué)，會分開講解。）。百度一下以上名詞可以搜出無數(shù)公式和定義，但受限于物理知識的專業(yè)性，大部分難以讀懂，這里只做關(guān)系到拉花的部分通俗講解，希望給大家（特別是咖啡師們）一點即通的效果，但涉及知識面較多，需要一定邏輯性，感謝耐心閱讀的讀者。
另，物理的嚴(yán)謹(jǐn)性，很多情況下公式以及原理只適用于理想狀態(tài)，字字追究，較真者不喜勿閱。比如1：液體表面張力的多種測試公式在液體微觀均勻（例如溶劑）的情況下適用，但咖啡制作的過程無法將咖啡制作成一杯“絕對均勻”的“溶劑”（因為奶泡和esp爆裂及揮發(fā)的不穩(wěn)定性，或是奶泡氣泡以及咖啡細(xì)粉微粒無法絕對均勻，等等），所以，只能是在宏觀下（例如認(rèn)定奶泡無論粗細(xì)，但氣泡大小是均勻的），或是相對情況下的比較。2：阿基米德定律是流體靜力學(xué)的一個分支，只在靜止下成立，有明顯流動的液體不成立，例如魚的密度比水小，所以死魚會浮在水面上，但魚可以通過擺動魚鰭，讓水流動，使身體在水下保持一個相對靜止的狀態(tài)，所以此時阿基米德定律便不成立，所以很多時候，我們需要微觀的去研究一個點，在某一時刻認(rèn)定當(dāng)下的狀態(tài)（例如，融合結(jié)束拉花前，認(rèn)定液體在那一刻處于靜止?fàn)顟B(tài)。）來判定，從而展開分析研究。
重力(G)：計算公式是：G=mg，g為比例系球，m為重量，而，m=ρv，v為體積，ρ為密度。所以，G=ρvg。再所以，咖啡制作中，不難理解，奶泡越“粗/厚”，空氣占比越大，ρ越小，等體積下質(zhì)量越小，受到的重力也越小。在其他力（浮力，液體表面張力）相等的情況下（理想單一變量），相對靜止情況下忽略伯努力定律，并且假定操作完全相同。那么得出拉花結(jié)論：越“粗/厚”的奶泡，越容易浮在Esp表面。所以，如果一個初學(xué)者想倒一個大白心，一杯厚奶泡很容易實現(xiàn)。而物理結(jié)論是：靜態(tài)下，越厚的奶泡，等體積下，受到的G越小。亦或者，動態(tài)下，等時間下，傾倒的奶泡（流速）越多，G越大。（*星標(biāo)1）。
液體表面張力（*f2）：（節(jié)選自《高等物理》）使液體表面積縮小的力，稱為液體表面張力。它產(chǎn)生的原因是 液體跟氣體接觸的表面存在一個薄層，叫做表面層，表面層里的分子比液體內(nèi)部稀疏，分子間的距離比液體內(nèi)部大一些，分子間的相互作用表現(xiàn)為引力。阿基米德定律：浸入靜止流體中的物體受到一個浮力，其大小等于該物體所排開的流體重量，方向垂直向上并通過所排開流體的形心。
液體表面張力很容易理解，也很容易在日常生活中看見，比如樹葉上的水珠，比如卡布奇諾鼓起的奶泡等等，
而它的大小受諸多因素影響，在咖啡中適用（相對）的，有兩個因素：1：同樣的液體，溫度越高，表面張力越小。2：分子量（咖啡中可以理解為密度）越大的液體，表面張力越大。（*星標(biāo)4）而表面張力會形成一個垂直于液面向外的力，所以在無重力影響的太空艙，水滴會成球形而不是水滴形。而在咖啡中，我們可以理解為，奶泡的表面，由于張力的存在，表面會有一個向上的力的存在。由于空氣的存在濃縮咖啡的密度是大于奶泡的，所以靜止?fàn)顟B(tài)下，由于濃縮+奶泡的混合物的密度ρ1>奶泡的密度ρ2，會產(chǎn)生一個浮力f1（*星標(biāo)2），再加上表面張力f2的存在，此時，標(biāo)注奶泡的重力為G1
則G1=f1+f2（*星標(biāo)3）此時，奶泡則以一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，浮在咖啡（混合物）表面。（成型的基礎(chǔ)原理）浮力（f1）：根據(jù)阿基米德原理，浸入靜止流體中的物體受到一個浮力，其大小等于該物體所排開的流體重量，所以，傾倒入的奶泡收到的浮力是和傾倒入混合物中的奶泡所排開的混合物的體積所決定的。即f1=G=ρvg，所以，常常會看到拉花的紋路成“浮雕”狀，則是由于沖量的存在，排開了一定體積的混合物，受到的浮力則滿足星標(biāo)3的等式，圖案則成型。
等式在什么時候不成立（什么時候無法拉花？什么時候“拉花拉不出來”）？奶泡在拉花時為流動狀態(tài)，會產(chǎn)生動量p=mv繼而根據(jù)動量以及沖量的守恒公式f3t=mv得出，f3=mv/t[f3為單位奶泡接觸液面時所產(chǎn)生的作用力，m為奶泡質(zhì)量，流速越大，單位時間接觸液面的奶泡質(zhì)量越大，流速穩(wěn)定時視為恒量（*星標(biāo)5），t為接觸時間，奶泡厚薄相同時時視t為恒量，v是奶泡接觸液面的速度]
首先，請花幾分鐘時間詳細(xì)閱讀上文（沖量&動量），并盡可能理解。然后，運動狀態(tài)下，液體表面受f1,f2,f3，G的影響，G+f3=f1+f2時候，傾倒的奶泡浮起，形成圖案，G+f3>f1+f2時候，傾倒奶泡下沉，不能形成圖案。
那，什么原因，讓G+f3>f1+f2？根據(jù)公式，f3中，m，t都是恒量，則，v越大，f3越大。v由什么決定？奶泡的傾倒（下落）過程中，下落時間越長，由于重力加速度（是指一個物體受重力作用的情況下所具 有的加速度）的存在，v越大。什么情況下下落時間越長？奶泡的初始高度越高，下落時間便越長，v便越大，f3便越大，當(dāng)G（重力）+f3（接觸作用力）>f1（浮力）+f2（液面張力）時，拉花便不能形成。而G+f3<f1+f2的情況是不存在的。由于G的存在，奶泡只可能浮在液體表面，或是沉入液體以下，不可能向上運動。當(dāng)然，為了滿足G+f3=f1+f2，我們有很多種方法，減小G [ 減小單位時間流量（*見星標(biāo)1）]，或是減小f3（降低注入高度），都可實現(xiàn)。亦或者增大f1（更高濃度的Esp）或者f2 [更低溫度的混合物，可通過降低奶泡溫度實現(xiàn)（*見星標(biāo)4），或是更濃密的cream，比如羅豆，亦或者更新鮮的咖啡豆，也可以實現(xiàn)。] 來實現(xiàn)。
如果關(guān)于沖量及動量還沒有理解，那么，我這里再舉個例子：一個50g的小鋼珠和一個5kg的鉛球，同樣在20cm 高度拋下，鉛球可以把手砸傷但小鋼珠不會，但如果下落高度只有2cm，一個女孩也可以穩(wěn)穩(wěn)接住鉛球，再如果，如果是30米高處拋下小鋼珠，也可以砸傷人甚至致死。 變量是，質(zhì)量，高度，以及接觸速度，接觸時間，比如，我們通過一個緩沖的手勢（增加接觸時間），也可以輕易的接住20cm處拋下的鉛球。生活中的例子也無處不在，例如原地跳起落下不會受傷，但3層樓落下基本可以摔死，但如果落在氣墊上又可以避免受傷，再例如，一個很小質(zhì)量的物體，如果以很高的速度接觸你，會造成很大傷害，比如子彈，和高空落物。期望大家能理解上段原理，并對應(yīng)到拉花操作中。
而提高注入，亦或者減小單位時間流量又會帶來如下變量（改變G和f3）傾倒正視圖解析（提高注入所帶來的影響）：牛奶的下落是一個由粗變細(xì)的過程，原因是什么？伯努力定律：p+1/2ρv2+ρgh=C如果這個流體力學(xué)的純公式很難看懂，那我們可以同通俗的以一句話大致概括：理想流體（理論無雜質(zhì)，密度均勻），等高環(huán)境中，流體流速大，壓力就小。隨著下落高度的越來越大，速度越來越大，而流柱的壓力越來越小，從長扁截面，會被空氣逐漸擠壓壓成一個圓柱體截面（寬度變?。S著下落高度到了一定極限，流柱內(nèi)外壓力差過大，流體最終被擠壓為不規(guī)則形狀。
而更小的截面面積會帶來更大的正向壓力，例如，用手掌按破一個氣球很難，手指則容易些，用一根針則非常容易。而在拉花中的結(jié)論：下落高度（滿足G+f3=f1+f2的情況下）決定初始色塊大小，太高無法成型（過細(xì)的流量增加了正向壓力，大于液面所帶來的張力）慣例，如果伯努力定律沒有理解，那么這里我舉一些生活中的例子：例如不能靠火車太近，否則你和火車中快速流動的氣體會讓你被火車“吸”過去，而發(fā)生事故。還有，由于機翼的截面形狀，飛機高速運動時，流過機翼上下面的氣體流速不同，由于伯努力定律，上下面的壓力也不同，當(dāng)速度快到一定程度，機翼下面和上面的受力差大到一定程度，飛機就飛起來了。
這些都源于伯努力定律，經(jīng)典的流體動力學(xué)在生活中的應(yīng)用。剛才講到奶泡下落，那么，詳細(xì)如下。傾倒側(cè)視圖解析（改變流量所帶來的影響）：奶泡的倒入是一個拋物線，而接觸的液面始終是一個水平面。當(dāng)由于力的分解原理，一個斜方向的力，可以按直角三角形，分解為水平和垂直兩股力，接觸液面的角度越小，分解出向前的力越多，向下的力越小，越容易成型，反之，越不易成型。
如何減小這個角度？如圖：同一高度下，流量越大，接觸角度越小。同一流量下，高度越小，接觸角度越小。
所以，初學(xué)者拉不出花的時候，會疑惑，為什么你倒就有白顏色，而我倒就沒有，排除奶泡和esp本身區(qū)別，無非于兩種原因，流量太小，高度太大，或者兩者兼有。增大流量很容易，如何降低高度？如圖，奶缸盡可能靠近杯子的同時，你還要傾斜你的杯子，才能克服固有的液面到杯口的距離。
傾倒高度流量的共同影響解析：由于流柱存在著一定的寬度，如若注入高度過小，雖然可以滿足G+f3=f1+f2公式（有圖形出現(xiàn)），但在擺動中，成型軌跡依然有重疊（d1過?。?，即會造成，紋路心越向中間紋路越不明顯，而rosetta的葉片最終越來越小，紋路最終消失，更不用提空心。
問題的所在，更多的時候，并不是你的擺動手法有問題，而是因為，隨著傾倒的奶泡越來越多，液面逐漸上升，注入高度逐漸縮短，流動軌跡逐漸重合。最終導(dǎo)致大塊白色（亦或者越來越小的紋路幅度）的出現(xiàn)。解決方法？隨著注入逐漸提高注入點，以維持?jǐn)[動流動軌跡的空隙（d2）。如果你理解并掌握了這一點，傳說中的“滿杯紋路”，以及“空心葉”也并沒有那么多傳說了。并不僅僅涵蓋這兩個圖，這些物理原理可以涵蓋幾乎所有拉花圖案，剩下的無非是一些手法細(xì)微差別。當(dāng)然，這是在esp及奶泡穩(wěn)定，其他硬件條件統(tǒng)一的條件下，以上所有才成立，而關(guān)于奶泡打發(fā)，豆子的調(diào)整及萃取，奶缸杯具的挑選，及硬件設(shè)備的使用，每一變量都可以整理出一篇長篇“論文”，而此文也僅僅是我拉花課程框架其中一部分，僅供大家參考。培訓(xùn)師也可以在理解的基礎(chǔ)上，把上文知識作為教學(xué)使用。又當(dāng)然，理解是掌握的前提，沒有理解只能是盲目練習(xí)，而若理解后沒有練習(xí)，理解也并不等于掌握。其實公式很多地方可以查到，原理文案也可以百度百科，依稀記得大學(xué)畢業(yè)時獨立完成了一篇叫“自動監(jiān)測環(huán)境溫度系統(tǒng)的搭建和使用”的畢業(yè)論文（很多自動控制專業(yè)的理工科畢業(yè)生都應(yīng)該有印象。），而沒有靠ctrl+c和ctrl+v，如果相比那篇接近8w字的理工科論文，拉花實在是太簡單了。老話說，學(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕。老話說，師者，傳道授業(yè)解惑。老話還說，匠心獨運，生財有道，匠人和商人本不沖突，做一行愛一行尊重一行，從業(yè)人自勉。
本文節(jié)選轉(zhuǎn)載自“Saerdna Coffee”微信公眾號（id：SaerdnaCoffee），為近兩年前的一篇良心好文，分享給大家，也感謝Saerdna Coffee的主理人寶哥（徐曉平，下圖左）和濤哥（李濤，下圖右）對男神拉花賽的大力支持！
喜歡這篇文章的你，請分享給身邊同樣喜歡咖啡的伙伴，分享，讓大家共同進(jìn)步！
