生活中的科学（一）——表面张力

科学无时无刻不在影响和改变着人们的生活，但由于其广泛性，常常被人们忽视，未曾深思其背后的本质。比如，通过模仿荷叶表面的微纳米结构，可以制造出防水和防油的衣物、不沾雨滴的车窗玻璃、不沾雪的天线、疏水的船用涂料等。通过研究水生小动物的运动方式，可以设计出微型船舶。通过研究动物吸水和储水的机制，可以设计出“人工皮肤”或特殊装置，以在干燥的沙漠中旅行时储存足够的水分。偶然看到一个相关的视频，深感其奇妙之处，特此对相关资料进行总结归纳。

No.1

表面张力——实例

表面张力是一种表面力，使液体表面尽可能缩小，常常引发各种有趣的现象，例如：水黾在水面上自由行走，清晨叶片上的水滴、水龙头缓缓垂下的水滴，都是表面张力作用的结果。

许多昆虫能够在水面上行走，比如水黾。它们的腿部设计可以分散重量，使液体表面下凹，减小势能以达到力的平衡，使水黾能在水面上移动而不穿透水面。

https://www.php.cn/link/77b1ae6be955316d7234f2bc5a409cdd

使用滴管时，水不会形成连续流动，而是形成一系列水滴。水滴的形状是由水的表面张力决定的。水滴不是完全球形的原因是重力向下拉扯。如果没有重力，水滴会为了最小化表面张力而形成完全球形。

尽管这些物体的密度大于水，但表面张力足以抵消金属物体向下的重力。

No.2

表面张力基本概念

表面张力主要是由于表面两侧分子间作用力不同引起的，是一种常见的表面力。简单来说，液体表面的分子形成了一层薄膜，由于表面张力的作用，这层薄膜会产生绷紧的趋势，这种趋势会使薄膜的表面积或表面能尽可能减小，常常引发各种有趣的现象——瑞利失稳、虹吸现象、超疏水等。

液体内的一个分子在其周围受到相邻分子的作用力，整体处于受力平衡状态。然而，液体表面的分子一侧受到空气的作用力，另一侧受到液体内部分子的作用力（如下图所示）。

附录一：表面张力相关思考

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1、 依靠表面张力浮在水面上的回形针与依靠浮力漂浮在水面上的瓶盖，处于稳定状态时为何处于不同的位置？

答：表面张力的存在，使得碗边缘水面产生相应的变形（如下图所示），从图中可以看出，表面张力与回形针重力的合力不为零，因此，回形针逐渐向液面中间靠拢，最终位于液面中间位置（如下图2所示）。

瓶盖依靠自身的浮力漂浮于水面上，直观上可以理解为水的密度大于瓶盖的等效密度，因此，系统为了追求最小的总势能，最终位于碗边缘位置。

ps：在宏观尺度上，表面张力是一种相对微弱的力。例如计算一艘轮船所受的浮力时就不必考虑表面张力的影响，但当物体的尺寸逐渐减小时，其所受到的表面力要远比体积力（如重力、电场力等）的影响大。

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2、表面张力的影响因素？

表面张力的方向与液面相切，并与液面的任何两部分分界线垂直。表面张力仅与液体的性质和温度有关。一般情况下，温度越高，表面张力就越小。此外，杂质也会显著改变液体的表面张力，例如，洁净的水具有较大的表面张力，而含有肥皂液的水的表面张力则较小。

不同温度下，水表面张力的大小

3、如何测定液体的表面张力，主要的方法有哪些：

以上就是生活中的科学（一）——表面张力的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！