太空中的神奇運動

張萱 郜賽楠 高麗

在天宮課堂第四課中，有一個神奇的實驗：航天員們利用裹上干毛巾的乒乓球拍擊打水球，完成了一場乒乓球“比賽”。在這一過程中，水球為什么能代替乒乓球呢？為什么在地面上無法開展這項打乒乓水球的運動呢？接下來就讓我們一起做對比實驗探索一下吧！

概念一點通

浸潤與不浸潤/親水與疏水

在描述液體與固體之間的關系時，我們通常會使用浸潤性這一概念。具體而言，當某種液體能夠潤濕某種固體并附著在其表面時，這種現象就稱為浸潤，這種固體稱為親水。相反，當某種液體無法潤濕某種固體，也不會附著在其表面時，這種現象則稱為不浸潤，這種固體稱為疏水。

原理揭秘

通過實驗一我們看到，不同溶液在玻璃片上呈現的形狀與角度不同——水在玻璃片上呈現為球狀水珠，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為一層攤開的水膜，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，在同一個界面上呈現了更好的球形狀態。這也告訴我們在天宮課堂的“乒乓球”實驗中，用其他液體來代替水是不一定成功的，因為不同液體的表面張力大小不一樣，所以液體呈現出的形態就會不同。

通過實驗二我們看到，水在玻璃片上呈現為扁平球狀水珠，緩慢傾斜玻璃片，水珠在玻璃片上滾動后留下了水痕；荷葉上的水滴呈球形，隨著荷葉的傾斜，水珠滾動后沒留下水痕。玻璃片并不具有明顯的浸潤或不浸潤特性，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的凸起，具有不浸潤也就是疏水特性，水滴在荷葉表面形成明顯的球形，并且能四處滾動。

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

一方面，太空是微重力環境，水的表面張力可以使水形成球狀的形態，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，是因為粗糙的表面具有更好的疏水性，能夠有效防止水球的粘連。

太空的微重力環境使得水球能在空中飄浮運動。雖然在地球上我們無法完成打乒乓水球的運動，但是就像做實驗一和實驗二一樣，我們完全可以利用生活中的物品來探索液體的表面張力與親水疏水的現象。

知識拓展

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，水滴快速滾落的過程中也會帶走葉片表面的塵土和雜物，實現植物的自清潔。

2. 很多動物也會利用液體的表面張力來行走與飛行。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，這些毛發可以吸附花蜜，并且在蜜蜂飛行時產生液體表面張力，使得蜜蜂能夠將花蜜順利地運輸回蜂巢。

3. 水表面張力較大，水分子之間過度黏合在一起，不易形成泡泡。通過降低液體的表面張力，可以制作泡泡水吹出穩定的泡泡——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，表面的小水滴就會變成平整的水膜，光線不會在多個小水滴表面反射和折射來影響視線。

輕松答題

寒冷的冬季，戴眼鏡的同學從室外進入溫暖的室內時，眼鏡片上會出現霧氣，使人看不清晰。在眼鏡片上涂抹肥皂水后，這種現象會明顯減輕。關于這種現象，以下哪種說法是錯誤的？（ ）

A. 眼鏡片表面產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個小水滴，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。