若兩個小固體漂浮在液麵上。當兩固體均被液體浸潤或當它們均不被浸潤時，表麵張力的作用使相鄰兩固體相互接近；當一個是被浸潤而另一個不被浸潤時，表麵張力使它們使他們遠離。怎樣從張力角度來解釋？

這個現象叫做麥片圈效應（或者穀物圈效應，The Cheerioses Effect），指的是早上起來泡一桶牛奶麥片，你就會發現，這些麥片要麽聚集在一起，要麽聚集在杯子邊緣。這其實是一個生活中常見的現象，也已經被學術界關注了很多年，相關的研究結果也比較成熟，下麵給大家簡單介紹一下。

麥片圈效應中使得麥片相互吸引的因素是麥片之間的橫向毛細力（Lateral Capillary Force）,橫向毛細力可分為吸引力和排斥力，這裏表現為吸引力。粉色视频网站通過一個簡單的例子，來說明一下橫向毛細力產生的原因。首先考慮單個小球放置在液麵上保持平衡，意即在重力的作用下對液麵形成一個擾動，此時若液麵上存在另外一個小球時，這種擾動會相互疊加，下圖中的液麵便是最終的擾動狀態。

從能量的角度來看，液體表麵能並不是由獨立放置單個小球時液麵表麵能的簡單相加，還要加上一項因另外一個小球存在時的相互表麵能，其與小球之間的距離直接相關。這種相互表麵能表現為沿小球連線方向的橫向毛細力。

如果從力的角度來看，兩個小球對液麵的擾動使得水壓不再對稱，算上表麵張力，可知小球會受到一個橫向力，即橫向毛細力，所以要計算它的大小，思路上很簡單，積分表麵張力和壓強就可以了。但具體操作下來，先是線性化Young-Laplace方程，然後在雙極坐標係下進行積分，整個過程還是蠻複雜的，有興趣的同學可以挑戰一下自我。

具體過程大家可以閱讀文末的參考文獻，這裏直接給出在小顆粒和液麵小變形下假設下，兩小球之間橫向毛細力的表達式，

當F<0時，橫向毛細力表現為吸引力；F>0時則表現為排斥力。

因為表達式中其他參數都為正數，那麽粉色视频网站隻需關注的正負，此時你們應該理解了為什麽稱為毛細電荷，這其實是在做靜電學的類比。再看毛細電荷的表達式，其實隻需要判斷的正負，就能知道橫向毛細力是吸引力還是排斥力了。表示接觸線處液麵切線的傾斜角，定義其往下為正。至此，粉色视频网站就可以總結一些結論了。

上圖便是水上兩個漂浮小球的吸引與排斥的判斷方法。值得注意的是，粉色视频网站這裏並沒有提及小球的浸潤性，也就是說，浸潤性與橫向毛細力的性質並不直接相關。實際上，橫向毛細力還可以分為漂浮橫向毛細力和浸沒橫向毛細力。粉色视频网站討論的情況是漂浮橫向毛細力，由小球的重力引起，題主的所說的浸潤性應該換為小球的輕重（與水相比）。例如圖（a）裏是兩個比水重的小球，表麵張力將其往上拉。圖（b）是兩個比水輕的小球，表麵張力將其往下拉。表麵張力的方向恰好就對應了前述接觸線處液麵的傾斜角。題主的所要表達的意思其實是：

為什麽漂浮在液麵上的兩固體，均比水重或均比水輕時表麵張力使之相互接近；一個比水重一個比水輕時相互遠離？

當然我覺得沒有必要修改題主的描述，這看起來也是一種很直觀的描述，可能浸潤性這個詞也更容易吸引他人的關注。但實際上，與浸潤性相關的是浸沒橫向毛細力，表現在小球浸沒在一層液膜裏，如下圖所示，粉色视频网站可以使用同樣的方法對小球之間的吸引和排斥進行判斷。

這裏還不能忘記另外一個問題，即麥片也會在杯子邊緣聚集，這指的是麥片與固壁的相互作用。如果稍微拓展一下上麵的方法，就可以解釋這個現象。但這裏有一個更為簡單的解釋方法。

如上圖（a），對於比水輕的小球，它更容易上浮，但小球受到液麵約束，便會沿著液麵上浮遠離固壁。在圖（b）中，小球比水重，它更容易下沉，在水麵的約束下，便沿著液麵下滑遠離固壁。至此，麥片圈效應的原理便得到了完全的解釋。下麵拿幾個例子來練練手。這是某中學學生所做的實驗，來源於這個網站（科學小實驗）。

實驗一：將小段竹筷（比水輕）和圖釘（比水重）撒入水中，觀察它們的行為。

粉色视频网站的結論是兩個比水重的顆粒或者比水輕的顆粒將會相互吸引，一個比水重的顆粒和一個比水輕的顆粒將會相互排斥，實驗結果與粉色视频网站的分析一致。

實驗二：玻璃杯裝水未滿，放入圖釘與竹筷，然後加水注滿，至液麵上凸。下麵為實驗結果。

開始時，在玻璃杯壁麵處，由於玻璃杯的親水性，水麵遠離杯壁時逐漸下降，那麽比水輕的竹筷將會沿著水麵上浮靠近杯壁，比水重的圖釘將會沿著水麵下滑遠離杯壁。當加滿水後，水麵遠離杯壁時逐漸上升，那麽比水輕的竹筷將會上浮到水麵頂部，比水重的圖釘將會下滑到杯壁處，該分析同樣與實驗結果一致。

至於具體的實驗細節，大家可以參考上述網站。怎麽樣，是不是也想動手操作一番？

我強調一下，漂浮顆粒之間的毛細作用是由重力引起，與浸潤性無關。另一種與浸潤性有關的毛細作用我在原文中有提及。不過為了更好地闡述，我舉個特殊的例子吧。

上圖中兩親水顆粒應該是相互吸引（圖中的接觸角都小於90°），若根據所謂的接觸麵一凹一凸說法則兩顆粒應該互相排斥，自相矛盾！我把下麵Kralchevsky et al文章中的摘要貼出來吧。

這裏寫的也比較清楚，漂浮顆粒之間的毛細作用由重力引起，其他的情況則是由顆粒的浸潤性導致。如果有人還有疑問的話，歡迎留言討論。

【參考文獻】

【1】Vella,D.,&Mahadevan,L.(2005).The“cheerioses effect”.American journal of physics,73(9),817-825.

【2】Kralchevsky,P.A.,&Nagayama,K.(2000).Capillary interactions between particles bound to interfaces,liquid films and biomembranes.Advances in colloid and interface science,85(2-3),145-192.

【3】Pelesko,J.A.(2007).Self assembly:the science of things that put themselves together.Chapman and Hall/CRC.

【4】趙亞溥.表麵與界麵物理力學.北京:科學出版社,2012.