上一篇留了个问题：在失重的情况，一杯水撤去杯子后下呈现什么形状？

先看那团水内部的分子。它们每一个都被同胞所包围，所以呆得很舒服，最多就是四处乱转，总体上没有搬家的想法。再说那些界面上的分子，一面是同胞，另一面是外族（空气分子）。所谓“不是一家人，不进一家门”，空气分子对水分子显然不友好。即使友好，其吸引力也赶不上同胞的吸引力，异性相吸在这里完全不适用。所以，界面上的分子都倾向于搬到同族内部去。水分子们没有受过传统美德的教育，只知道自己舒服，所以每一个都拼命往里挤。显然，这样挤的结果就是：界面尽可能地减小。对于固定体积的水来说，球的表面积是最小的，所以这一团水会很快形成一个球。如果空气中的水蒸气气压低于饱和蒸气压，那团水就会慢慢蒸发，逐渐变小；如果空气中的水蒸气达到饱和（比如浴室里的那种湿度），那团水就会保持球形不变。这是一个感性的说明，至于严格的力学解释，在这个系列的后面再说。任何流体物质表面上的分子，都有使其表面减小的趋势。导致这一减小的力，就是鹰城提到的表面张力。

下面这个图是解释表面张力的一个理想试验。一个光滑的金属框，有一边是可以自由滑动的。把这个框在水里浸一下，框里就形成一层水膜。水膜有上下两个表面，根据上面说的，表面上的水分子有使表面减小的倾向，所以必须施加一定的力F才能对抗这个力从而保持住水膜面积。很显然，这个力F的大小与那个边的长度l成正比。而这个比例是水的一种基本性质，与力F和边l无关。在界面科学里，这个比例被定义为表面张力，它的单位是力除以长度，牛顿／米。由于表面张力的值比较小，通常用的是［迷你牛顿／米］，写作［mN/m］。

继续看这个图，如果我们用稍稍大于但是无限接近F的力把那个边移动一点距离dx，这样我们对这个水膜做功增加了它的表面积l嘾x。我们作的功是力F乘以距离dx，应该等于水膜增加的表面能。把所作的功除以增加的表面，得到的是一平方米表面积所具有的表面能。做一下简单换算，会发现这个单位面积的表面能［焦耳／平方米］正好等于前面得出的表面张力。这是一件非常美丽的事情，看起来完全不同的两个物理量，尽然是相同的。实际上，把表面张力的单位［牛顿／米］分子分母同乘长度［米］，得到的就是［焦耳／平方米］。在热力学上，表面张力有更为严格的定义，不过除了教科书一般很少提到。

除了空气和水的界面，任何不相容的两种流体界面上都存在着这样的一种力，比如油和水。如果一种是气体，一种是液体，就叫做表面张力（大家看不到空气，所以认为是液体的表面）；两种都是液体，就叫做界面张力（两种液体存在，自然没有一个“表面”）。但是，在非学术场合，人们也往往不进行这种区分，统统叫做“表面张力”。

再回到太空中的那一杯水，作为一个圆球的时候，表面能是其表面积乘以水的表面张力（0.072 J/m²），大约是千分之一点二焦耳；而分散成直径１微米的水滴之后，表面能变成了87焦耳。也就是说，需要外界加入至少87焦耳的能量，才能把一杯水分散成那样的小水滴。考虑到实际上只能有很少的一部分能量能够转化成表面能，所需要的能量要大得多。在生活中，我们要用喷雾器那样的装置来实现。

表面张力的大小当然不能用这个理想试验来测量。理想试验嘛，是用来思考而不是用来作的。测量表面张力并不复杂，有很多原理很简单，操作也不复杂的装置可以相当精确地测量出来。科学的魅力在于，这些方法几乎没有相同之处，但是测出的数值却是完全相同的。我就用过四种不同的方法，测出来常温下纯水的表面张力都是72.5 mN/m上下，偏差在误差范围之内。(飘飘娘在旁边说，这基本相当于“回”字有四种写法，所以，我就不罗嗦了。)

现在我们来看一个表面张力的实际例子。用一个滴管，缓慢地让水流出。我们都知道水会在滴管的出口形成一个水滴，水滴逐渐增大，到一定时候才会掉下来。水受到重力的作用，之所以没有掉下来，就是表面张力平衡了重力的结果。当我们面对某一种液体时，每一次滴出的液滴其表面张力和滴管的几何形状都是一致的，所以，如果操作得很小心，周围也没有别的干扰，水滴掉下时的大小形状也是一样的。科学前辈们已经写出了数学方程来描述水滴的形状。如果用其它的方法测出了水的表面张力，按那个数学方程画出水滴的轮廓，与用显微相机拍出水滴的照片几乎可以完全重合。反过来，把拍下的照片轮廓坐标放进那个方程，也可以算出表面张力。

对于我们来说，可以用液滴的高度重复性来估计液体的量。有一次我教一个新来的同事做实验。那个实验有一步是往一种溶液里面加４克油。因为油很粘，很难用另一个容器量好之后再加。我告诉那个小朋友把装好溶液的杯子放在数字称上，然后直接往里加油。她很疑惑地说加过了怎么办，我说控制好了不会加过的；先加3.5克左右，这个总加不过吧，然后根据读数算一下还差多少；把差的克数除以0.03，得到的就是用滴管加进去的滴数。小朋友觉得简直不可思议，然后我就表演了几次，每次的偏差都在误差许可之内。当时她觉得这就跟魔术一般（鬼子的小朋友说话都比较夸张），然后我让她自己试了几次，她也能够做到，兴奋得不行。其实那个操作没有那么唬人，因为加到最后几滴完全可以一滴一滴慢慢加，就不会加过。只是提前很多算出了滴数，使得我在她眼里有了一点高深莫测的气息。

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