一场酣畅的大雨过后,
荷塘恢复了往日的平静。
一颗颗水珠躺在荷叶上,
享受着午后的阳光。
一阵风吹来,
荷叶微微摇动,
水珠快活地在叶面上打滚……
看似和谐的画面背后,
竟是分子间亿万年的积怨,
亦是永世难以消解的隔阂!
这一切,
都要从一个耳熟能详的名词说起,
表面张力。
· Part 1:力,不是简单的拉拉扯扯 ·
熟悉物理的朋友们一定很熟悉身边的力:重力、弹力、支持力、库仑力……每提到一个力的名字,脑海中大都可以浮现出一幅示意图,其中相互作用的两个物体之间你推我搡、你拉我扯。
图1 重力与支持力示意
这样的理解虽然直观,但是缺少了几分更加深入的视角,也没办法真正理解什么是表面张力。那怎么办呢?我们来看看与力对应的能量(特指势能)。以重力为例,大家可能听说过重力势能,即某一地球附近的物体由于处于一定的高度而蕴含的能量。更加直观地讲,如果以地面为势能零点,则物体在重力的作用下下落到地面所能释放的能量就是重力势能。
图2 重力势能的对比
如图2所示,如果小编从相对低一些的某某峰和高一些的某某某某峰推下一块同样的石头,哪个释放的重力势能大呢?很显然是从高一些的某某某某峰更大。那么,大了多少呢?
如果忽略重力随高度的变化,即认为石头的重力是一个常量G,那么答案是:
其中dL为两峰之间的高度差。稍加变形,我们就得到
这说明,重力是每升高单位高度带来的重力势能的变化!类似的,弹簧弹力是每拉长单位长度所带来的弹性势能的变化,分子间作用力是分子间距离每变化单位长度所带来的体系势能的变化……原来,与任意的势能对应的力都可以这样理解。