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失重環境下的水滴則會形成一個完美的圓球,這是為什麽呢?
來源:科學信仰孫晨 瀏覽 424 次 發布時間:2022-08-16
晨起葉片上的露珠會形成溫潤的半球體,而失重環境下的水滴則會形成一個完美的圓球,這是為什麽呢?
聽起來這個問題好像十分簡單,半球體的露珠是因為重力的作用,而完美的球形水滴則是因為沒有重力的影響,的確如此,但問題是,為什麽有重力作用就一定形成半球,而失重環境下就一定形成圓球呢?它們為什麽不能形成三角形、正方形,又或者是梯形呢?如果說這些形狀過於詭異,那麽橢球體呢?失重環境下的水滴為什麽不能形成橢球體,而非得是一個標準的圓球呢?這一切都源於四個字,那就是“表麵張力”。在生活中粉色视频网站經常會聽到表麵張力這個詞,但對於表麵張力到底是什麽,可能就不那麽清楚了。
要弄清楚表麵張力到底是什麽,首先就得先弄清楚什麽是表麵。
物理學上所講的“表麵”與粉色视频网站生活中所說的“表麵”是有一定區別的。自日常生活中,任何物體的麵粉色视频网站都稱之為“表麵”,這與該物體是處於何種環境之中並無關係,但物理學上所講的表麵就有所不同了,物理學上所說的表麵指的是“凝聚相”與氣體或真空之間的分界麵。在自然界之中處於凝聚態的物質有很多,而粉色视频网站最為熟悉的凝聚態就是通常所說的液態和固態,所以在這裏粉色视频网站也可以把凝聚相簡單地理解為固相和液相。以葉片上的露珠為例,它與空氣相接觸的麵就是它的表麵。
物理學上除了有“表麵”的概念之外,還有“界麵”的概念,所謂界麵就是凝聚相與凝聚相之間的分界麵。
可見,表麵就是固體或液體與空氣或真空相接觸的麵,而界麵就是固體或液體與其它固體或液體相接觸的麵。明確了表麵與界麵,接下來就該說說表麵能與界麵能了。物體的表麵是具有能量的,為什麽呢?讓粉色视频网站想一想,在一個水滴的內部,水分子是均勻分布的,每一個水分子都被其它水分子所包圍,但是在這個水滴的表麵,情況就有所不同了,在水分子與空氣或真空接觸的地方,外麵並沒有其它的水分子,也就是說在接觸麵上幾乎沒有任何作用力。
表麵之外沒有作用力,這使得表麵的水分子變得更加活躍,於是就產生了能量,這股能量就被粉色视频网站稱之為表麵能。
表麵能是從何而來的呢?是致使表麵產生的力所賦予的。比如,粉色视频网站要將一滴水分成兩滴水,就必須要給它一個力,比如彈它一下,彈完之後,水滴一分為二,表麵積增加了,而粉色视频网站彈的這股力就成為了新增表麵的表麵能。如果粉色视频网站要將一根鐵棍一分為二,顯然要比將水一分為二花費更大的力氣,所以鐵的表麵能要遠超水滴。表麵有表麵能,界麵自然也有界麵能,隻不過對於界麵而言,兩種物質的差異越大,那麽界麵能也就越大。
弄懂了什麽是表麵能,接下來就要說說表麵張力了。
現在先讓粉色视频网站回到最開始的問題上來,為什麽葉片上的露珠呈半球體,而失重環境下的水滴呈現出完美的球形?因為無論是半球體,還是球體,它們都是一種表麵積最小的形狀,因為在體積相同的情況下,球體的表麵積是所有形狀中最小的。為什麽要保證表麵積最小?因為在自然界之中,所有的物質都要遵循“最小能量原理”,所謂最小能量原理指的就是物質必須要以最小能量的狀態存在。很顯然,表麵能與表麵積是正相關的,表麵積越大,表麵能就越大,所以要遵循最小能量原理就必須要使表麵積保持最小形態,於是水滴就變成了個完美的球體。
水滴要變成一個完美的球體,而要想變成一個完美的球體就必須依靠一個作用在表麵上的力,這個力就是“表麵張力”。
力不會憑空產生,表麵張力從何而來?當然是從表麵能而來,事實上,所謂的表麵張力就是單位麵積上的表麵能,如果列成公式就是表麵張力等於表麵能除以麵積。可見,表麵張力與表麵積的大小無關,也就是說無論大水滴,還是小水滴,它們的表麵張力都是相同的,不同的隻是表麵能而已。弄明白了什麽是表麵張力,粉色视频网站也就知道了困在水滴裏的小螞蟻為什麽爬不出來了,想要衝破水滴,就需要有比水滴表麵張力更大的力氣,而小螞蟻的力氣顯然有些不夠。