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单元素材 | 你知道表面张力有多酷炫、好玩又神奇吗?

点击关注☞☞ STEAM课程中心 2023-01-02

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家见过清晨荷叶上的露珠吗?水滴圆鼓鼓的在叶面上翻滚,给人一种大自然的美感,那么你们有没有想过,为什么水滴都是球型的呢?是什么力在约束着它?



在液体与空气的接触面,有一股神秘力量——表面张力。一团水聚集在一起,水滴的内部回有一股凝聚力,将水滴外边的水分子紧紧蜡烛,使得使得液体表面层犹如张紧的橡皮膜, 有收缩趋势, 从而使水滴尽可能地缩小它的表面面积。就象你要把弹簧拉开些,弹簧反而表现具有收缩的趋势。液体的表面总是试图达到能量最低的状态,球形是一定体积下具有最小的表面积的几何形体,因此, 在表面张力的作用下, 液滴总是力图保持球形。这股凝聚力就是表面张力。


那么,在表面张力的作用下,会出现哪些酷炫、好玩又神奇的现象呢?




1.利用水滴表面张力作画



艺术家Aravis Dolmenna不用颜料、不用画笔,利用借由液体特有的表面张力,点水成画,图腾虽简单,但充满了童趣可爱,让人心生喜爱。






2.小物体漂浮



把硬币、曲别针、缝衣针之类的东西小心翼翼地放在水面上,可以让它们漂浮起来。




在这里托起小物体的不是浮力,这些金属小物件的密度都比水大,如果浸入水中就沉底了。这里关键的作用力被称为弯曲液面的附加压力,实质上就是表面张力的结果。小物体会向下压水面,在局部形成一个小小的下凹液面,而水的表面张力比较大,它会形成回缩的趋势,在下凹的弯曲液面上,回缩的趋势会产生一种向上的力,就是这个力对抗重力。物体越小,这个作用会越明显,太大的物体就不行了。




3.戴上手套颠泡泡球



戴上手套能把泡泡一次又一次地弹起来。




这一方面是因为干净的手套杜绝了泡泡与人手上油脂的接触,避免油脂改变泡泡膜的表面张力,导致泡泡破裂;另一方面也是因为纤维织物表面孔隙较多,和泡泡的接触面积小,所以也不容易附着。




4.洗洁精开船



把固定面包袋子的那种塑料片摘下来,漂在水面上,然后在小洞的位置滴一滴洗洁精溶液,小船就动起来了。



这是由于表面张力的改变造成了液体流动,因此带动了“小船”。




5.色彩的流动



液体食品色素滴在牛奶上,然后把蘸了洗洁精的棉签杵进去,欣赏食品色素的流动。这也是表面张力变化造成液体流动的现象,中间加了洗洁精的表面活性剂之后局部表面张力变小,外面的表面张力大,所以我们看到一个表面液体向外流动的趋势。



如果没有食品色素和牛奶也没关系,只要有水,有洗涤剂,然后再有一种能够体现液体流动的东西就行了,比如说可以在水的表面撒胡椒粉。




利用表面张力居然可以做这么多酷炫、好玩又神奇的小实验!


其实表面张力在我们生活中的点点滴滴都有着应用,你知道我们的生活中还有什么现象跟表面张力有关系吗?


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