神奇的表面張力

黃才發

生活中有很多現象，因為常見而很少有人多問個為什么？例如，為什么水黽可以在水面上行走跳躍而不沉下去？為什么清水吹不出泡泡，加入肥皂或洗衣粉就可以吹出球形且不容易破的泡泡？

這些都是與表面張力有關的現象。2021年12月9日，航天員翟志剛、王亞平與葉光富在中國空間站演示的微重力環境下水膜張力實驗以及泡騰片實驗，就涉及表面張力的知識。那什么是表面張力呢？

表面張力指的是液體表面任意兩相鄰部分之間垂直于它們的單位長度分界線相互作用的拉力。通俗來講，即水等液體會產生使表面盡可能縮小的力，這個力稱為“表面張力”。

它產生的原因是液體跟氣體接觸的表面存在一個薄層，叫作表面層，表面層里的分子比液體內部稀疏，分子間的距離比液體內部大一些，分子間的相互作用表現為引力。水的表面被表面張力的強大拉力聚攏在一塊，使得水面看上去像一層薄而又有彈性的“表皮”，托住了小昆蟲，使之能無拘無束地在水面上行走自如，而不下沉。

這種張力使液體總有縮小表面積的傾向，相同體積下，球的外表面積最小，因此在沒有外力的情況下（如失重狀態）液滴往往呈球形。

表面張力在生活中的應用很多。在與表面張力有關的各種現象中，接觸角扮演著極為重要的角色。接觸角即在氣、液、固三相交點處所作的氣—液界面的切線與固—液交界線之間的夾角θ，若θ<90°，則固體是親液的，即液體可潤濕固體;若θ>90°，則固體是疏水的，即液體不潤濕固體，容易在表面上移動。……