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为什么有时候水龙头滴下来的水珠不会立刻融入到水中,而是会在水面上漂浮零点几秒?

沐右回答:

有的时候,从水龙头上滴下来的水滴不会立刻融入下面的水中,而是会在水面上漂浮个零点几秒的时间。类似的现象经常可以观察到:手洗衣物时滴落到水面上弹动 的肥皂水滴;搅咖啡时溅起又落到杯子里漂浮着的咖啡液滴;把烧热的油倒到盘子里时漂浮在油面上的小油珠…这是为什么呢?

很多人可能会认为,这两部分液体的表面直接接触并存在某种斥力,从而阻碍着它们融在一起。但事实上,造成这种现象的原因正是这两部分液体没有直接接触—— 它们的中间总是有着另外一种流体的隔断,并起着一种润滑作用。在我们的问题中,这种流体就是空气。一般来说,空气被完全挤出去的时候就是它们相融的时候 [1]。

这种说法是经过科学验证的。科学家们用硅油做了类似的实验[2]。因为硅油比水的粘度大得多,所以在硅油里发生的同样现象比在水中慢的多而更方便观测。通 过一定的手段,科学家观测到硅油的液面上形成了厘米大小的半球形漂浮硅油液滴,如下图(左)所示:

水滴

同时科学家们测量了这层空气膜的厚度随着时间的变化。右图所示从垂直于液面的方向可以看到彩色的同心圆条纹,这是因为空气薄膜而产生的光的干涉,就跟日常 生活中我们在肥皂泡上看到彩色花纹的道理一样。空气薄膜的厚度不同,条纹的颜色、分布也不同。通过测量不同时间的条纹,科学家们还可以得出空气膜的厚度随 着时间的慢慢变薄,最终使得两部分液体融合在一起。

这个直观的实验可以证明,在水滴的问题中,水滴和水面之间的那层空气薄膜正是造成这种神奇现象的原因。

1.  Pasquale Dell'Aversana, "Noncoalescence of droplets", http://www.accessscience.com
2. Y. Couder et. al., Phys. Rev. Lett. 94, 177801 (2005).

科学编辑:哈林

文字编辑:拇姬

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9 Responses to “[Dr.YOU第37期答案,revisit]漂浮在水面上的水滴”

  1. 老牛拉车说道:

    以前一直以为是什么力呢!原来是气垫………佩服,佩服!

  2. 淬念说道:

    这个study会让我们开始设想一种新的海上救生设备吗?

    • 木松说道:

      体积越大会不会那一层隔绝物就越难以支撑……

    • 沐右说道:

      想一想气垫船是什么样子的?
      从外边抽气从船下喷出来,从而在船和水面间形成一层空气。。。。
      利用的原理是类似的,不过出现的比这个研究早很多就是了。

  3. reallysun说道:

    下一步是不是研究什么角度的下落才能形成一层气垫?

    • 沐右说道:

      关于角度的研究倒是没有看见。
      并不是需要一定角度才能形成气垫。一般来说,只要液滴开始下落的位置和液面的距离比较小(对于纯水,小于5mm)就很有可能形成这种液滴和液面不溶的情况。
      按说以一定的角度落到液面上的话,由于相对速度的存在,更有利于空气膜的保持。不过在我找到的文献里倒是没有看到。也许是由于实验的控制方面的难度,大家感兴趣的程度,或者干脆我没有找到而已。

  4. 平平说道:

    这个是水面有灰尘 灰尘必须一定大小和重量 有浮力 这样水就不会溶解到水里了

    • 沐右说道:

      不是
      不需要灰尘的存在
      是空气薄膜的作用
      跟灰尘没有关系

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