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露珠為什么是球形的?這是表面張力的作用

來(lái)源:人民網(wǎng)科普 瀏覽 1063 次 發(fā)布時(shí)間:2021-11-08

初秋的清晨去郊外晨練的時(shí)候,你會(huì)看到草葉上圓形的露珠在陽(yáng)光下閃閃發(fā)亮,露珠為什么是球形的?

我們可以做一個(gè)小實(shí)驗(yàn),取一只普通的杯子,往杯里注水,當(dāng)水滿了以后,不要停止,繼續(xù)緩慢往里注水,你會(huì)發(fā)現(xiàn)杯子充滿后水不會(huì)立刻溢出,之后水平面會(huì)一點(diǎn)一點(diǎn)地鼓起,呈一個(gè)凸液面,在水將落未落的時(shí)候,水面像一個(gè)大氣泡一樣顫動(dòng),像有一層水膜拉著水不讓它流下去似的。如果繼續(xù)加水,水才好像承受不住似的嘩啦一下流出來(lái),這就是液體的表面張力造成的。


表面張力是分子間作用力的一種表現(xiàn),它發(fā)生在液體和氣體接觸的表面,因此稱為表面張力。用超高倍顯微鏡觀察可以看到,水是由無(wú)數(shù)個(gè)水分子構(gòu)成,一個(gè)個(gè)小球代表一個(gè)個(gè)水分子,整齊排列在水表面。液體內(nèi)部也有無(wú)數(shù)個(gè)緊密排列的小球(水分子)。下面我們對(duì)表面層和內(nèi)部的任一小球進(jìn)行受力分析。


液體內(nèi)部的水分子受到周圍分子對(duì)它的作用力,由于內(nèi)部分子處于周圍分子的包圍之中,周圍分子對(duì)它的作用力大小相等,方向相反,因而相互抵消,合力為零,所以內(nèi)部分子受力平衡。表面層的水分子,由于它位于表面,空氣一側(cè)氣體分子稀疏,對(duì)水分子的作用力要比液體內(nèi)部分子對(duì)它的作用力小很多,合力的結(jié)果就是表面層水分子受到液體內(nèi)部分子向里拉的力,使得液體表面猶如張緊的橡皮膜,收縮使液體盡可能地縮小它的表面積。


大家都知道,球形是相同體積下具有最小表面積的幾何形體。因此,由于表面張力的作用,液滴總是力圖保持球形。如樹(shù)葉上的水滴往往呈球形,是水收縮表面積造成的。


本文由北京印刷學(xué)院物理系副教授李蜜丹進(jìn)行科學(xué)性把關(guān)。