在互聯網上閑逛時,我發現了一些很有趣的短視頻,它們展示了一種會自動擰蓋的「神奇果醬」。

果醬瓶的蓋子竟然會自動擰上?| ktzwcrrk
這種果醬來自日本品牌「aohata」,據說它的瓶子設計很特別,只要把蓋子輕輕放在瓶口,瓶蓋就會自己旋轉擰緊,不再需要手動擰瓶蓋。

這種神奇現象在各種社交平台都獲得了不少關注
自動擰蓋真的如此絲滑嗎?它究竟是什麼原理?我決定找來這款果醬瓶親自驗證一下。
自動擰蓋,親測有效
實際測試顯示,網路上提到的這款果醬瓶確實經常會出現自動擰蓋的現象。
只要把瓶蓋輕輕放在瓶口,蓋子就有很大概率可以自動向下旋轉。不過,這種現象並不是每次放置時必定會出現,而且自動旋轉並不能真的把蓋子完全擰緊。

只要把瓶蓋放在瓶口上,蓋子就有很大概率可以自動旋轉 | 作者拍攝
同時,我也找來了其他四個同類的玻璃罐頭瓶作為對照組,這些瓶子的瓶蓋無法自動向下旋轉。這至少說明,玻璃罐頭瓶蓋自動旋轉並不是普遍現象。

作為對照組的玻璃罐頭瓶 | 作者拍攝
並非巧妙設計
自動旋蓋的瓶子看起來似乎是一種巧妙的便利設計——然而,它其實並不是。
在2022年時,日本網站「まいどなニュース」就報道了這種現象,並就此採訪了果醬的生產廠家。對方明確表示,蓋子的自動旋轉「並不是有意設計的功能」,他們也不清楚這種現象為何出現。廠家建議消費者依然要用手擰緊瓶子,並把開封后的果醬放進冰箱保存。

廠家:我什麼都不知道 | まいどなニュース
通過實際體驗也可以感受到,果醬蓋子的自動旋轉沒有多少方便之處。只靠自動旋轉不能完全擰緊瓶蓋,無法形成密封,因此對保存果醬不利。如果用手提瓶蓋,沒有完全擰緊的瓶身也可能會滑脫,和完全不擰瓶蓋相比,這樣反而更容易把玻璃瓶身摔碎。
由此看來,瓶蓋自動旋轉只是一種意外出現的現象。它雖然有趣,但並沒有什麼實用價值。
到底是什麼原理?
那麼,這種現象到底是什麼原理呢?答案其實就在瓶口的螺紋上。
通過觀察可以發現,能夠自動擰蓋的果醬瓶和對照組最大的差別在於螺紋的傾斜角度:前者的螺紋傾斜角度更大,而後者更平緩。瓶蓋的自動旋轉,應該就是由瓶口螺紋更大的傾斜角度導致的。

自動擰蓋果醬瓶(左)與相同直徑的對照組瓶子(右)對比。前者的瓶口有6條螺紋,看起來坡度更陡;後者的瓶口有4條螺紋,坡度更平緩。| 作者拍攝
更準確地說,自動擰蓋果醬瓶的螺紋似乎由三段斜率不同的部分組成。經過粗略的測量發現,螺紋頭尾兩段的傾斜角度都在10°以上,而中間的一段坡度較平緩,傾斜角度約為6.5°。

自動擰蓋果醬瓶的瓶口螺紋看起來由三段斜率不同的部分組成 | 作者拍攝
而對照組瓶子的螺紋整體看起來都比較平緩,各部分傾斜角度沒有明顯差異。它們的螺紋傾斜角度普遍在5°~6°左右。
斜坡滑塊問題
我們可以用物理題中常見的斜坡滑塊來理解這一過程。瓶蓋的「自動旋轉」,其實本質上是瓶蓋在重力作用下,克服摩擦力沿著螺紋構成的「斜坡」向下滑動的過程。

瓶蓋向下旋轉的過程可以近似理解為沿著斜坡向下滑動 | wikipedia
斜坡上的物體有時會下滑,有時會原地不動,造成這種不同的關鍵是摩擦係數和斜坡的角度。加大斜坡角度會讓重力在斜坡方向的分力增大,同時會導致物體對斜坡施加的壓力減少,進而導致靜摩擦力可達到的最大值變小。當角度大到一定程度後,摩擦力再也不足以抵消下滑的動力,瓶蓋自然就會向下滑動並旋轉起來。
aohata果醬瓶的「自動擰蓋」現象並不是每次放瓶蓋都會出現,這應該與瓶口螺紋的三段斜率有關。在斜坡較陡的頭尾部分,傾斜角度超出了臨界值,可以讓瓶蓋下滑;而螺紋中間一段的坡度比較平緩,這裡可能不足以讓瓶蓋自行滑動。
果醬瓶蓋與螺紋斜坡接觸的位置是瓶蓋下方的小凸起(如下圖所示),我給這些凸起位置加上了標記,然後把它放在螺紋的不同位置進行了驗證。

瓶蓋下方的小凸起是瓶蓋與螺紋斜坡的接觸點 | 作者拍攝
正如預期,把接觸點放置在螺紋的陡坡處時,很容易就可以讓瓶蓋自動下滑。

作者拍攝
而如果把接觸點放在中段的緩坡處,就可以讓瓶蓋停在原地不發生滑動。

作者拍攝
至此,果醬瓶自動擰蓋的謎團已經解開。雖然這並沒有什麼用,但我們還是要感謝它幫我們複習了一些物理知識(
參考文獻
[1] https://maidonanews.jp/article/14570579
[2] https://www.youtube.com/shorts/s_1c6piw4zc
[3] https://thesmartlocal.jp/self-closing-jam-jars/
作者:窗敲雨
編輯:luna
封面圖來源:作者拍攝

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