我们一起学科学之神奇的表面张力

图文     发布时间:2020/6/16 15:08:55     访问量:

在日常生活中, 我们对见到的一些现象可能已经习以为常, 认为它们理应如此, 但是为什么会这样, 就没有过多地去想了。比如,下过雨后, 我们可以见到树叶、草上的小水珠都接近于球形;公园里吹出来的漂亮的肥皂泡,也是接近于球形;不小心打碎了体温计后, 里面的水银掉到地上, 小水银滴也呈球形。另外我们也可以表演一个小魔术, 在一杯水里, 小心地把一枚针水平放置在水面上, 针浮在水面上而不沉于杯, 并且在针下面的水面上形成一个凹面。所有这些现象都与表面张力有关。                      

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                        草上的小水珠                                                               浮在水面的回形针


那么, 什么是表面张力呢? 原来液体与气体相接触时, 会形成一个表面层, 在这个表面层内存在着的相互吸引力就是表面张力, 它能使液面自动收缩。在相同的体积下,球型物体的表面积是最小的,所以更容易趋向于形成球型。

生活中,我们经常能感受到表面张力带给我们的视觉享受。但是,对于草丛中的昆虫来说,一旦身陷水中,需要冲破尼龙绳网般的表面张力才能脱身,这几乎不可能。于是,昆虫大多进化出一种独特的结构:它们的外骨骼总是非常光滑,覆盖了薄薄的蜡质,有些还布满了微小的绒毛和凹坑,有效增大自身表面积,使水滴不能将它们浸润,也就不能用表面张力将它们拖入水中了。

在这里,我们就将这种不能被水浸润的表面特性,叫做疏水性。按照目前普遍认可的凯西-巴克斯特模型,在某种固体表面上,液体与空气接触面积越大,则这种表面的疏水性越强。荷叶之所以能出淤泥而不染,就是因为它的表面微观结构所致——荷叶在放大一万倍以上的电子显微镜下看起来依然是毛茸茸的,稻叶和水黾的腿也有此特性。

我们可以通过下面的动图来直观感受下什么是疏水性。

动图1.gif 涂有疏水材料的沙子

动图2.gif表面布满微小绒毛的小草

在此基础上,我们模仿这些生物材料,研制出了许多更加强力的超疏水材料和涂料,比如在交通方面,我们可以利用超疏水材料提高轮船的航行速度,同时减少船身的腐蚀;在生活方面我们可以利用超疏水涂层涂抹于鞋面,使得鞋子在雨中或者踩在水坑中都不会被沾湿。随着现代科技的发展,相信超疏水材料和涂层在工业和民用中都有着广阔的前景。

表面张力在生活中有许多非常有趣的现象,我们甚至可以利用生活中一些随处可见的东西来做一些有趣的科学小实验,接下来,我们一起动手做起来吧!

科学实验一:圆形泡泡随处可见,但你见过方形的泡泡吗?

      

科学实验二:美丽的肥皂泡转瞬即逝,有没有办法留住泡泡呢?

科学实验三:回形针在水中起起伏伏,与表面张力又有怎样的联系呢?



(供稿:宁罗贞)

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