加载中…趣味家庭小实验——让硬币、缝衣针“漂浮”在水面上
(2020-02-26 19:32:07)
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物理表面张力分子力 |
分类： 家庭趣味小实验 |
实验器材：一碗水、缝衣针、硬币（各种材质的都试一试）
现象解释：其实，支撑硬币、缝衣针的力并不是浮力，而是水面水分子之间的相互引力表现出来的表面张力。通常情况下，水分子之间的相互作用的分子引力等于分子斥力，当分子间的距离大于通常的平衡距离时，分子引力就大于分子斥力，而表现出引力；反之，就表现出斥力，抵御外界的挤压。
在液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用就表现为引力。就象你要把弹簧拉开些，弹簧反而表现具有收缩的趋势。所以水珠在表面张力的作用下总是尽量收缩自己的表面积而表现出球状（体积 一定的情况下，球体的表面积最小)，2013年6月20日，神舟十号航天员在天宫一号开展基础物理实验中，王亚平利用水袋和金属圈做成了一个水膜，展示失重状态下水的表面张力发挥作用。
当物体放在水面上的时候，水与物体的表面如果不浸润的话，物体表面会对水分子产生排斥力，并使水分子之间的距离进一步产生拉伸的趋势，水分子之间的分子引力进一步变大，如果足以支持水面上的物体，物体就不会压破水面而被支持住；如果物体的重力大于水面分子能产生的最大表面张力，就会压破水面而沉入水中了。在各种硬币中，铝质硬币重力比较小，容易被水面支持住，而铜质、钢质硬币重力过大，水面的张力无法支撑，就会沉入水中。
在自然界中，有利用液体表面张力的高手——水黾，它不仅能在水面上滑行，而且还会像溜冰运动员一样能在水面上优雅地跳跃和玩耍。它的高明之处是，既不会划破水面，也不会浸湿自己的腿。科学家在高倍显微镜下发现，水黾腿部上有数千根按同一方向排列的多层的刚毛。直径大约在80-100微米之间，而这些像针一样的刚毛直径不足3微米，水黾是利用腿部特殊结构，将空气吸附在这些同一方向的刚毛缝隙内，在刚毛表面形成一层稳定的气膜，阻碍了水滴的浸润，水黾的足端就不会破坏水的表面张力而被支持住。正是这种超强的负载能力使得水黾在水面上行动自如，即使在狂风暴雨和急速流动的水流中也不会沉没。
缝衣针和铝质硬币能够“漂浮”在水面上，铜质五角、钢质一元的硬币没能“漂浮”。
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