探秘倒吊的酒杯

一、問題的提出

甲：上周我在圖書館的一本雜志上看到一篇文章：把裝滿水的酒杯蓋上塑料片，倒置酒杯，塑料片不掉下來，水也不灑出來；如果在塑料片上面貼上掛鉤，還可以用一個(gè)裝滿水的酒杯將另一個(gè)裝滿水的酒杯吊起來。你覺得這個(gè)是真的嗎？

乙：不可能吧？裝滿水的酒杯，蓋上塑料片，酒杯一倒過來，塑料片就掉了，水也灑了呀，咋還能倒吊呢？

甲：那我們?nèi)?shí)驗(yàn)室親自探究一下吧！

二、實(shí)驗(yàn)器材

正常酒杯、杯沿有缺口或凸起的酒杯、塑料片、毛玻璃片、吸盤掛鉤、臉盆、水。

三、實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)1：在臉盆里倒入大半盆水，然后把一只正常酒杯放到水中裝滿水并蓋上塑料片，用手壓住塑料片的同時(shí)把裝滿水的酒杯迅速拿出水面，可以看到無論從哪個(gè)角度將裝滿水的酒杯倒過來，塑料片都不會(huì)掉下來，杯中的水也不會(huì)灑出來。

提出新的疑惑：塑料片是軟的且質(zhì)量較小，如果換成硬的且質(zhì)量較大的毛玻璃片，實(shí)驗(yàn)?zāi)艹晒幔?/p>

實(shí)驗(yàn)2：將塑料片替換為毛玻璃片，重復(fù)實(shí)驗(yàn)1的操作，可以看到毛玻璃片也不會(huì)掉下來，杯中的水也不會(huì)灑出來（如圖1）。

實(shí)驗(yàn)3：分別在兩個(gè)塑料片上各貼一個(gè)吸盤掛鉤，同時(shí)在臉盆里倒入大半盆水，然后把兩只正常酒杯放到水中裝滿水并分別蓋上帶吸盤掛鉤的塑料片，再把酒杯迅速拿出水面，放置在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上；右手握住任意一個(gè)酒杯的底部使其倒立，然后用它的掛鉤去鉤另一個(gè)酒杯的掛鉤，并向上提起來，可以看到上面的酒杯將下面的酒杯吊起來了（如圖2）。

實(shí)驗(yàn)4：將正常酒杯分別替換為杯沿有缺口或凸起的酒杯，用同樣的實(shí)驗(yàn)方法，可以看到杯口有水流出，倒置酒杯，塑料片掉落到盆中。

圖1

圖2

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

裝滿水的正常酒杯無論從哪個(gè)角度倒過來，塑料片和毛玻璃片都不會(huì)掉下來，杯中的水也不會(huì)灑出來；在塑料片上加上吸盤掛鉤后，用一個(gè)酒杯還可以將另一個(gè)酒杯吊起來。

五、實(shí)驗(yàn)原理

多相體系中相之間存在著界面，習(xí)慣上人們僅將氣-液、氣-固界面稱為表面。通常，由于環(huán)境不同，處于界面的分子與處于相本體內(nèi)的分子所受力是不同的。水內(nèi)部的一個(gè)水分子受到周圍水分子的作用力的合力為零，但在表面上的一個(gè)水分子卻不如此。因上層空間氣相分子對(duì)它的吸引力小于內(nèi)部液相分子對(duì)它的吸引力，所以該分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液體內(nèi)部，結(jié)果導(dǎo)致液體表面具有自動(dòng)縮小的趨勢(shì)，這種收縮力稱為表面張力。

實(shí)驗(yàn)1、2和3，將正常酒杯裝滿水并蓋上塑料片或毛玻璃片，因?yàn)榇髿庥袎毫八斜砻鎻埩?，使得塑料片或毛玻璃片與杯口完全閉合，與酒杯形成了一個(gè)整體，所以把酒杯倒置過來，塑料片或毛玻璃片不掉下來，酒杯中的水也不灑出來。實(shí)驗(yàn)4，由于酒杯杯沿上有缺口或凸起，塑料片不能與杯口緊密地結(jié)合，故塑料片要掉落，水要流出。