首发于果壳。
在互联网上闲逛时，我发现了一些很有趣的短视频，它们展示了一种会自动拧盖的“神奇果酱”。
果酱瓶的盖子竟然会自动拧上？| ktzwcrrk
这种果酱来自日本品牌“Aohata”，据说它的瓶子设计很特别，只要把盖子轻轻放在瓶口，瓶盖就会自己旋转拧紧，不再需要手动拧瓶盖。
这种神奇现象在各种社交平台上都获得了不少关注
自动拧盖真的如此丝滑吗？它究竟是什么原理？我决定找来这款果酱瓶亲自验证一下。
自动拧盖，亲测有效
实际测试显示，网络上提到的这款果酱瓶确实经常会出现自动拧盖的现象。
只要把瓶盖轻轻放在瓶口，盖子就有很大概率可以自动向下旋转。不过，这种现象并不是每次放置时必定会出现，而且自动旋转并不能真的把盖子完全拧紧。
只要把瓶盖平放在瓶口上，盖子就有很大概率可以自动向下旋转 | 作者拍摄
同时，我也找来了其他四个同类的玻璃罐头瓶作为对照组，这些瓶子的瓶盖无法自动向下旋转。这至少说明，玻璃罐头瓶盖自动旋转并不是普遍现象。
作为对照组的玻璃罐头瓶 | 作者拍摄
并非巧妙设计
自动旋盖的瓶子看起来似乎是一种巧妙的便利设计——然而，它其实并不是。
在2022年时，日本网站“まいどなニュース”就报道了这种现象，并就此采访了果酱的生产厂家。对方明确表示，盖子的自动旋转“并不是有意设计的功能”，他们也不清楚这种现象为何出现。厂家建议消费者依然要用手拧紧瓶子，并把开封后的果酱放进冰箱保存。
厂家：我什么都不知道 | まいどなニュース
通过实际体验也可以感受到，果酱盖子的自动旋转没有多少方便之处。只靠自动旋转不能完全拧紧瓶盖，无法形成密封，因此对保存果酱不利。如果用手提瓶盖，没有完全拧紧的瓶身也可能会滑脱，和完全不拧瓶盖相比，这样反而更容易把玻璃瓶身摔碎。
由此看来，瓶盖自动旋转只是一种意外出现的现象。它虽然有趣，但并没有什么实用价值。
到底是什么原理？
那么，这种现象到底是什么原理呢？答案其实就在瓶口的螺纹上。
通过观察可以发现，能够自动拧盖的果酱瓶和对照组最大的差别在于螺纹的倾斜角度：前者的螺纹倾斜角度更大，而后者更平缓。瓶盖的自动旋转，应该就是由瓶口螺纹更大的倾斜角度导致的。
自动拧盖果酱瓶（左）与相同直径的对照组瓶子（右）对比。前者的瓶口有6条螺纹，看起来坡度更陡；后者的瓶口有4条螺纹，坡度更平缓。| 作者拍摄
更准确地说，自动拧盖果酱瓶的螺纹似乎由三段斜率不同的部分组成。经过粗略的测量发现，螺纹头尾两段的倾斜角度都在10°以上，而中间的一段坡度较平缓，倾斜角度约为6.5°。
自动拧盖果酱瓶的瓶口螺纹看起来由三段斜率不同的部分组成 | 作者拍摄
而对照组瓶子的螺纹整体看起来都比较平缓，各部分倾斜角度没有明显差异。它们的螺纹倾斜角度普遍在5°~6°左右。
斜坡滑块问题
我们可以用物理题中常见的斜坡滑块来理解这一过程。瓶盖的“自动旋转”，其实本质上是瓶盖在重力作用下，克服摩擦力沿着螺纹构成的“斜坡”向下滑动的过程。
瓶盖向下旋转的过程可以近似理解为沿着斜坡向下滑动 | Wikipedia
斜坡上的物体有时会下滑，有时会原地不动，造成这种不同的关键是摩擦系数和斜坡的角度。加大斜坡角度会让重力在斜坡方向的分力增大，同时会导致物体对斜坡施加的压力减少，进而导致静摩擦力可达到的最大值变小。当角度大到一定程度后，摩擦力再也不足以抵消下滑的动力，瓶盖自然就会向下滑动并旋转起来。
Aohata果酱瓶的“自动拧盖”现象并不是每次放瓶盖都会出现，这应该与瓶口螺纹的三段斜率有关。在斜坡较陡的头尾部分，倾斜角度超出了临界值，可以让瓶盖下滑；而螺纹中间一段的坡度比较平缓，这里可能不足以让瓶盖自行滑动。
果酱瓶盖与螺纹斜坡接触的位置是瓶盖下方的小凸起（如下图所示），我给这些凸起位置加上了标记，然后把它放在螺纹的不同位置进行了验证。
瓶盖下方的小凸起是瓶盖与螺纹斜坡的接触点 | 作者拍摄
正如预期，把接触点放置在螺纹的陡坡处时，很容易就可以让瓶盖自动下滑。
作者拍摄
而如果把接触点放在中段的缓坡处，就可以让瓶盖停在原地不发生滑动。
作者拍摄
至此，果酱瓶自动拧盖的谜团已经解开。虽然这并没有什么用，但我们还是要感谢它帮我们复习了一些物理知识（
参考文献：
https://maidonanews.jp/article/14570579
https://www.youtube.com/shorts/s_1C6pIW4zc
https://thesmartlocal.jp/self-closing-jam-jars/
