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        為什么空間站上能使用毛筆

        2022-11-20 07:10:423C273
        小讀者 2022年7期
        關(guān)鍵詞:筆尖毛筆墨水

        □3C 273

        在神舟十三號(hào)的飛行任務(wù)中,翟志剛攜帶中國傳統(tǒng)文房四寶進(jìn)入空間站,將中華兒女骨子里的劍膽琴心展現(xiàn)得淋漓盡致。

        為什么毛筆這種古老文具,能在21世紀(jì)的星海探險(xiǎn)中發(fā)揮作用?

        要回答這個(gè)問題,我們首先要思考一番,毛筆是怎么書寫的。答案看起來很簡單:毛筆上面吸收了墨水,在筆尖與紙張接觸的時(shí)候,墨水就從筆尖轉(zhuǎn)移到紙上。但是,如果深入思考,為什么只有當(dāng)筆尖接觸到紙張時(shí),墨水才發(fā)生轉(zhuǎn)移,其他時(shí)候呢?

        實(shí)際上,墨水自動(dòng)發(fā)生轉(zhuǎn)移也是常有的事情。初學(xué)者有時(shí)候會(huì)蘸上太多的墨水,墨水就會(huì)從筆尖滴下來。拿毛筆蘸墨時(shí)有特殊的技巧:只需把筆尖的一部分浸入墨中,這樣可以保證只吸入適量的墨水,墨水就不會(huì)從筆尖滴落。所以,一支毛筆能留住的墨水,有一個(gè)上限。

        透過現(xiàn)象看本質(zhì),既然毛筆可以留住墨水,那么一定有一個(gè)機(jī)制來克服重力,這個(gè)機(jī)制會(huì)是什么呢?我們不妨看一看墨水分子受到哪些力。由于毛筆筆尖是一個(gè)開放的區(qū)域,各處的大氣壓是平衡的,于是只需要考慮重力與分子之間的相互作用。這分為兩種,一部分是液體分子之間的互相作用,另一部分是液體與容器壁分子之間的相互作用,使液體黏附或者疏離。兩種相互作用都有摩擦力,微觀上體現(xiàn)為電磁相互作用,如果在宏觀上結(jié)合起來,就帶來一種叫作毛細(xì)現(xiàn)象的神奇現(xiàn)象。

        毛細(xì)現(xiàn)象是指,將一根毛細(xì)管浸入液體中,相比管外液面,管內(nèi)液面會(huì)自發(fā)向上或向下發(fā)生移動(dòng)。毛細(xì)現(xiàn)象第一眼看上去違反自然規(guī)律。人們常說“水往低處流”,為什么水會(huì)自發(fā)往高處移動(dòng)?能量守恒定律告訴我們,能量不會(huì)憑空產(chǎn)生或消失,液柱上升的過程伴隨重力勢(shì)能的增大,因此一定能找到另一種能量,在這個(gè)過程中是降低的。沒錯(cuò),這種能量來自液體的表面張力。

        在液體表面與內(nèi)部,液體分子之間形成的相互作用很不相同。表面的液體分子互相連接更少,相互作用更弱,于是兩側(cè)受力不均。在這種受力不均的情況下,內(nèi)部受力較大,將自發(fā)向外部“突出”,于是在不受重力的情況下,一團(tuán)液體將呈現(xiàn)球形。在這種情況下,表面張力將使液體分界面變彎,使之達(dá)到能量最低的穩(wěn)定狀態(tài)。

        問題的解答就是這樣。毛細(xì)現(xiàn)象實(shí)際上要求達(dá)到一種平衡:液體分子相互作用,和液體與表面相互作用的平衡。在達(dá)到這個(gè)平衡的過程中,液體表面會(huì)發(fā)生變形。毛筆的材料,獸毛,也就是蛋白質(zhì),可以被水浸潤。由于分子間相互作用不受重力影響,毛細(xì)現(xiàn)象在空間站自然也可以發(fā)生,于是毛筆在失重條件下,也可以一如既往地吸入墨水,并正常書寫。

        (摘自《讀者》,有刪節(jié))

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