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表面張力能怎么玩?下面就是一些常見的小實(shí)驗(yàn)方案~
來源:果殼 瀏覽 1997 次 發(fā)布時(shí)間:2021-06-15
表面張力能怎么玩?下面就是一些常見的小實(shí)驗(yàn)方案~
小物體漂浮之表面張力
把硬幣、曲別針、縫衣針之類的東西小心翼翼地放在水面上,可以讓它們漂浮起來:
說起來似乎很簡(jiǎn)單,不過實(shí)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(gè)小的支架把它平著慢慢放到水面上。總之一定要小心操作。
在這里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。這里關(guān)鍵的作用力被稱為彎曲液面的附加壓力,實(shí)質(zhì)上就是表面張力的結(jié)果。小物體會(huì)向下壓水面,在局部形成一個(gè)小小的下凹液面,而水的表面張力比較大,它會(huì)形成回縮的趨勢(shì),在下凹的彎曲液面上,回縮的趨勢(shì)會(huì)產(chǎn)生一種向上的力,就是這個(gè)力對(duì)抗重力。物體越小,這個(gè)作用會(huì)越明顯,太大的物體就不行了。
牛奶、色素&胡椒粉之表面張力
液體食品色素滴在牛奶上,然后把蘸了洗潔精的棉簽杵進(jìn)去,欣賞食品色素的流動(dòng)。
這個(gè)是Marangoni效應(yīng)的體現(xiàn),其實(shí)就是表面張力變化造成液體流動(dòng)的現(xiàn)象。中間加了洗潔精的表面活性劑之后局部表面張力變小,外面的表面張力大,所以我們看到一個(gè)表面液體向外流動(dòng)的趨勢(shì)。
當(dāng)然,其實(shí)沒有食品色素,或者說不想用牛奶也完全沒關(guān)系。只要有水,有洗滌劑,然后再有一種能夠體現(xiàn)液體流動(dòng)的東西就行了。比如說可以在水的表面撒胡椒粉:
只不過就是色彩沒有那么豐富。
酒之淚之表面張力
酒類的掛杯現(xiàn)象,這個(gè)直接觀察會(huì)顯得有點(diǎn)慢,比較適合加速觀賞。把有一定度數(shù)的酒(或者純粹就是酒精溶液也可以)倒在容器里,晃一晃讓壁上均勻沾上一層,然后靜置觀察。
色素染色看得比較清楚。這種現(xiàn)象出現(xiàn)主要是和液膜中酒精的揮發(fā)較快有關(guān),其實(shí)還是Marangoni效應(yīng)的體現(xiàn)。
首先,晃杯子的時(shí)候,玻璃杯壁上會(huì)形成薄薄的酒溶液薄膜,然后接下來,液膜會(huì)逐漸揮發(fā)。酒精比水更容易揮發(fā),所以揮發(fā)了之后,酒精濃度會(huì)下降,而相比集中在杯子下面的酒,液膜的部分因?yàn)楸砻娣e大,揮發(fā)得更快,所以這里酒精濃度下降得也就更明顯。而酒精和水造成的表面張力不同,酒精濃度高的地方表面張力更低,而水多的部分表面張力更高一些。液體會(huì)從低表面張力的地方被“拉”向高表面張力的地方,所以液膜的上邊界并沒有往下退,反而是液滴聚集到了上面。同樣是在表面張力的作用下,隨著酒精的揮發(fā),剩余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并流下來,也就成了眼淚的樣子。
洗潔精開船之表面張力
這個(gè)實(shí)驗(yàn)也是很多版本,比如說我小時(shí)候看到的版本是做一個(gè)小紙船然后在尾巴的地方弄一小塊肥皂。不過這里我就想著重介紹一下下面這個(gè)超級(jí)簡(jiǎn)單版:把固定面包袋子的那種塑料片摘下了,漂在水面上,然后在小洞的位置滴一滴洗潔精溶液,小船就動(dòng)起來了。
簡(jiǎn)直是懶人實(shí)驗(yàn)的典范……這個(gè)依然是表面張力改變?cè)斐傻囊后w流動(dòng),帶動(dòng)了“小船”。
吹泡泡
畢竟是表面活性劑作用的一個(gè)極好的體現(xiàn)嘛……完全可以把它看成一個(gè)表面張力實(shí)驗(yàn)!
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,這一方面是因?yàn)楦蓛舻氖痔锥沤^了泡泡與人手上油脂的接觸,避免油脂改變泡泡膜的表面張力,導(dǎo)致泡泡破裂;另一方面也是因?yàn)槔w維織物表面孔隙較多,和泡泡的接觸面積小,所以也不容易附著。
追逐液滴之表面張力
這個(gè)難度比較高,不過現(xiàn)象非常有意思。在這里使用的是含有丙二醇和水的液體食品色素,這些液滴經(jīng)過不同程度的稀釋。在非常潔凈的玻璃片上,它們因?yàn)檎舭l(fā)而產(chǎn)生表面張力的變化,從而出現(xiàn)彼此“追逐”的現(xiàn)象。詳情:
http://www.guokr.com/article/441058/
雖然看起來比較復(fù)雜,不過在科學(xué)美國人的Bring Science Home欄目里也能找到教程,有興趣也不妨一試
~https://www.scientificamerican.com/article/dancing-droplets/
漂浮水球之表面張力
這個(gè)一般人沒有機(jī)會(huì)玩了……因?yàn)楸砻鎻埩κ且环N不依賴重力的作用,所以在太空中,經(jīng)常會(huì)作為演示小實(shí)驗(yàn)的主題出現(xiàn),比如說看著一大團(tuán)縮成球狀的水漂浮在太空艙里。
下面這個(gè)就是一個(gè)太空水球,放了一個(gè)泡騰片進(jìn)去:
在太空中亂飄的液體也是會(huì)有麻煩的,那么做完這些演示之后的水怎么辦呢?其實(shí)用紙巾或者毛巾吸掉就可以了,因?yàn)榧埥砦脑砻?xì)現(xiàn)象其實(shí)也是表面張力以及彎曲液面附加壓力的體現(xiàn),所以它們?cè)谔罩幸惨粯訒?huì)很順利地進(jìn)行~