張萱 郜賽楠 高麗

在天宮課堂第四課中，有一個(gè)神奇的實(shí)驗(yàn)：航天員們利用裹上干毛巾的乒乓球拍擊打水球，完成了一場(chǎng)乒乓球“比賽”。在這一過(guò)程中，水球?yàn)槭裁茨艽嫫古仪蚰?？為什么在地面上無(wú)法開(kāi)展這項(xiàng)打乒乓水球的運(yùn)動(dòng)呢？接下來(lái)就讓我們一起做對(duì)比實(shí)驗(yàn)探索一下吧！

概念一點(diǎn)通

浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)/親水與疏水

在描述液體與固體之間的關(guān)系時(shí)，我們通常會(huì)使用浸潤(rùn)性這一概念。具體而言，當(dāng)某種液體能夠潤(rùn)濕某種固體并附著在其表面時(shí)，這種現(xiàn)象就稱為浸潤(rùn)，這種固體稱為親水。相反，當(dāng)某種液體無(wú)法潤(rùn)濕某種固體，也不會(huì)附著在其表面時(shí)，這種現(xiàn)象則稱為不浸潤(rùn)，這種固體稱為疏水。

原理揭秘

通過(guò)實(shí)驗(yàn)一我們看到，不同溶液在玻璃片上呈現(xiàn)的形狀與角度不同——水在玻璃片上呈現(xiàn)為球狀水珠，液體邊緣切線方向與玻璃片的夾角較大；泡泡水溶液在玻璃片上呈現(xiàn)為一層攤開(kāi)的水膜，液體邊緣與玻璃片的夾角很小。水的表面張力大于泡泡水溶液，所以水的收縮性更強(qiáng)，在同一個(gè)界面上呈現(xiàn)了更好的球形狀態(tài)。這也告訴我們?cè)谔鞂m課堂的“乒乓球”實(shí)驗(yàn)中，用其他液體來(lái)代替水是不一定成功的，因?yàn)椴煌后w的表面張力大小不一樣，所以液體呈現(xiàn)出的形態(tài)就會(huì)不同。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)二我們看到，水在玻璃片上呈現(xiàn)為扁平球狀水珠，緩慢傾斜玻璃片，水珠在玻璃片上滾動(dòng)后留下了水痕；荷葉上的水滴呈球形，隨著荷葉的傾斜，水珠滾動(dòng)后沒(méi)留下水痕。玻璃片并不具有明顯的浸潤(rùn)或不浸潤(rùn)特性，水珠在表面張力的作用下形成不明顯的扁平球狀 ，并在重力的作用下下滑荷葉表面具有微米和納米級(jí)的凸起，具有不浸潤(rùn)也就是疏水特性，水滴在荷葉表面形成明顯的球形，并且能四處滾動(dòng)。

在本次太空授課中，航天員利用乒乓球拍直接擊打水球時(shí)，水球沾到球拍表面，但當(dāng)航天員將干毛巾覆蓋在乒乓球拍上再擊打水球時(shí)，水球能夠完整地彈開(kāi)。出現(xiàn)這種神奇的效果，既與物體本身的特點(diǎn)有關(guān)，也與太空的特殊環(huán)境有關(guān)。

一方面，太空是微重力環(huán)境，水的表面張力可以使水形成球狀的形態(tài)，外表也不易破裂。另一方面，航天員使用粗糙的干毛巾裹住乒乓球拍，是因?yàn)榇植诘谋砻婢哂懈玫氖杷?，能夠有效防止水球的粘連。

太空的微重力環(huán)境使得水球能在空中飄浮運(yùn)動(dòng)。雖然在地球上我們無(wú)法完成打乒乓水球的運(yùn)動(dòng)，但是就像做實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二一樣，我們完全可以利用生活中的物品來(lái)探索液體的表面張力與親水疏水的現(xiàn)象。

知識(shí)拓展

1. 不僅僅是荷葉，很多植物葉片都具有疏水性。例如宋代詩(shī)人蘇軾在《木蘭花令· 次歐公西湖韻》中寫“草頭秋露流珠滑。三五盈盈還二八”，其中就描述了草葉上圓潤(rùn)的露珠滴落。葉片的疏水特性使得水滴更容易從葉片上滾落而不聚集，水滴快速滾落的過(guò)程中也會(huì)帶走葉片表面的塵土和雜物，實(shí)現(xiàn)植物的自清潔。

2. 很多動(dòng)物也會(huì)利用液體的表面張力來(lái)行走與飛行。例如蚊子和水黽（mǐn）等利用液體的表面張力作用，可以在水面上行走；蜜蜂的體表有微小的毛發(fā)，這些毛發(fā)可以吸附花蜜，并且在蜜蜂飛行時(shí)產(chǎn)生液體表面張力，使得蜜蜂能夠?qū)⒒垌樌剡\(yùn)輸回蜂巢。

3. 水表面張力較大，水分子之間過(guò)度黏合在一起，不易形成泡泡。通過(guò)降低液體的表面張力，可以制作泡泡水吹出穩(wěn)定的泡泡——用肥皂制作泡泡水，肥皂“打破”了水的表面張力，把表面張力降低到原狀況下的1/3，使得泡泡更易形成。

4. 寒冷的冬季，水蒸氣遇到較冷的眼鏡片容易凝結(jié)起霧。大家可以在眼鏡片上涂抹親水制劑，表面的小水滴就會(huì)變成平整的水膜，光線不會(huì)在多個(gè)小水滴表面反射和折射來(lái)影響視線。

輕松答題

寒冷的冬季，戴眼鏡的同學(xué)從室外進(jìn)入溫暖的室內(nèi)時(shí)，眼鏡片上會(huì)出現(xiàn)霧氣，使人看不清晰。在眼鏡片上涂抹肥皂水后，這種現(xiàn)象會(huì)明顯減輕。關(guān)于這種現(xiàn)象，以下哪種說(shuō)法是錯(cuò)誤的？（ ）

A. 眼鏡片表面產(chǎn)生霧氣的原因是空氣中的水蒸氣遇冷液化而成。

B. 水蒸氣在眼鏡片表面液化后形成了一個(gè)個(gè)小水滴，光線在小水滴彎曲的表面反射和折射，使人看不清晰。

C. 肥皂水可以增強(qiáng)眼鏡片表面的疏水特性，使得水蒸氣形成的小水滴不停留在眼鏡片表面，而是快速滑下。

D. 肥皂水可以增強(qiáng)眼鏡片表面的親水特性，使得眼鏡片表面形成一層水膜，平整的水膜表面不干擾視線。