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表麵張力能怎麽玩?下麵就是一些常見的小實驗方案~
來源:果殼 瀏覽 1540 次 發布時間:2021-06-15
表麵張力能怎麽玩?下麵就是一些常見的小實驗方案~
小物體漂浮之表麵張力
把硬幣、曲別針、縫衣針之類的東西小心翼翼地放在水麵上,可以讓它們漂浮起來:
說起來似乎很簡單,不過實際操作也是需要一些技巧的,像硬幣隨隨便便放上去就很難成功,可以做一個小的支架把它平著慢慢放到水麵上。總之一定要小心操作。
在這裏托起小物體的不是浮力,這些金屬小物件的密度都比水大,如果浸入水中就沉底了。這裏關鍵的作用力被稱為彎曲液麵的附加壓力,實質上就是表麵張力的結果。小物體會向下壓水麵,在局部形成一個小小的下凹液麵,而水的表麵張力比較大,它會形成回縮的趨勢,在下凹的彎曲液麵上,回縮的趨勢會產生一種向上的力,就是這個力對抗重力。物體越小,這個作用會越明顯,太大的物體就不行了。
牛奶、色素&胡椒粉之表麵張力
液體食品色素滴在牛奶上,然後把蘸了洗潔精的棉簽杵進去,欣賞食品色素的流動。
這個是Marangoni效應的體現,其實就是表麵張力變化造成液體流動的現象。中間加了洗潔精的表麵活性劑之後局部表麵張力變小,外麵的表麵張力大,所以粉色视频网站看到一個表麵液體向外流動的趨勢。
當然,其實沒有食品色素,或者說不想用牛奶也完全沒關係。隻要有水,有洗滌劑,然後再有一種能夠體現液體流動的東西就行了。比如說可以在水的表麵撒胡椒粉:
隻不過就是色彩沒有那麽豐富。
酒之淚之表麵張力
酒類的掛杯現象,這個直接觀察會顯得有點慢,比較適合加速觀賞。把有一定度數的酒(或者純粹就是酒精溶液也可以)倒在容器裏,晃一晃讓壁上均勻沾上一層,然後靜置觀察。
色素染色看得比較清楚。這種現象出現主要是和液膜中酒精的揮發較快有關,其實還是Marangoni效應的體現。
首先,晃杯子的時候,玻璃杯壁上會形成薄薄的酒溶液薄膜,然後接下來,液膜會逐漸揮發。酒精比水更容易揮發,所以揮發了之後,酒精濃度會下降,而相比集中在杯子下麵的酒,液膜的部分因為表麵積大,揮發得更快,所以這裏酒精濃度下降得也就更明顯。而酒精和水造成的表麵張力不同,酒精濃度高的地方表麵張力更低,而水多的部分表麵張力更高一些。液體會從低表麵張力的地方被“拉”向高表麵張力的地方,所以液膜的上邊界並沒有往下退,反而是液滴聚集到了上麵。同樣是在表麵張力的作用下,隨著酒精的揮發,剩餘的液膜也逐漸聚攏成了液滴,接下來它們又在重力的作用下慢慢聚集並流下來,也就成了眼淚的樣子。
洗潔精開船之表麵張力
這個實驗也是很多版本,比如說我小時候看到的版本是做一個小紙船然後在尾巴的地方弄一小塊肥皂。不過這裏我就想著重介紹一下下麵這個超級簡單版:把固定麵包袋子的那種塑料片摘下了,漂在水麵上,然後在小洞的位置滴一滴洗潔精溶液,小船就動起來了。
簡直是懶人實驗的典範……這個依然是表麵張力改變造成的液體流動,帶動了“小船”。
吹泡泡
畢竟是表麵活性劑作用的一個極好的體現嘛……完全可以把它看成一個表麵張力實驗!
而且還可以追加玩法,比如說戴上手套來顛泡泡球:
戴上手套能把泡泡一次又一次地彈起來,這一方麵是因為幹淨的手套杜絕了泡泡與人手上油脂的接觸,避免油脂改變泡泡膜的表麵張力,導致泡泡破裂;另一方麵也是因為纖維織物表麵孔隙較多,和泡泡的接觸麵積小,所以也不容易附著。
追逐液滴之表麵張力
這個難度比較高,不過現象非常有意思。在這裏使用的是含有丙二醇和水的液體食品色素,這些液滴經過不同程度的稀釋。在非常潔淨的玻璃片上,它們因為蒸發而產生表麵張力的變化,從而出現彼此“追逐”的現象。詳情:
http://www.guokr.com/article/441058/
雖然看起來比較複雜,不過在科學美國人的Bring Science Home欄目裏也能找到教程,有興趣也不妨一試
~http://www.scientificamerican.com/article/dancing-droplets/
漂浮水球之表麵張力
這個一般人沒有機會玩了……因為表麵張力是一種不依賴重力的作用,所以在太空中,經常會作為演示小實驗的主題出現,比如說看著一大團縮成球狀的水漂浮在太空艙裏。
下麵這個就是一個太空水球,放了一個泡騰片進去:
在太空中亂飄的液體也是會有麻煩的,那麽做完這些演示之後的水怎麽辦呢?其實用紙巾或者毛巾吸掉就可以了,因為紙巾吸水的原理毛細現象其實也是表麵張力以及彎曲液麵附加壓力的體現,所以它們在太空中也一樣會很順利地進行~