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露珠为什么是球形的?这是表面张力的作用

初秋的清晨去郊外晨练的时候,你会看到草叶上圆形的露珠在阳光下闪闪发亮,露珠为什么是球形的?

我们可以做一个小实验,取一只普通的杯子,往杯里注水,当水满了以后,不要停止,继续缓慢往里注水,你会发现杯子充满后水不会立刻溢出,之后水平面会一点一点地鼓起,呈一个凸液面,在水将落未落的时候,水面像一个大气泡一样颤动,像有一层水膜拉着水不让它流下去似的。如果继续加水,水才好像承受不住似的哗啦一下流出来,这就是液体的表面张力造成的。

表面张力是分子间作用力的一种表现,它发生在液体和气体接触的表面,因此称为表面张力。用超高倍显微镜观察可以看到,水是由无数个水分子构成,一个个小球代表一个个水分子,整齐排列在水表面。液体内部也有无数个紧密排列的小球(水分子)。下面我们对表面层和内部的任一小球进行受力分析。

液体内部的水分子受到周围分子对它的作用力,由于内部分子处于周围分子的包围之中,周围分子对它的作用力大小相等,方向相反,因而相互抵消,合力为零,所以内部分子受力平衡。表面层的水分子,由于它位于表面,空气一侧气体分子稀疏,对水分子的作用力要比液体内部分子对它的作用力小很多,合力的结果就是表面层水分子受到液体内部分子向里拉的力,使得液体表面犹如张紧的橡皮膜,收缩使液体尽可能地缩小它的表面积。

大家都知道,球形是相同体积下具有最小表面积的几何形体。因此,由于表面张力的作用,液滴总是力图保持球形。如树叶上的水滴往往呈球形,是水收缩表面积造成的。

本文由北京印刷学院物理系副教授李蜜丹进行科学性把关。

来源:人民网

(编辑:郭小涵  审核:蒋艳)

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