太空科學(xué)課（十三）

太空熊貓君

在2022年3月的“天宮課堂”第二課中，航天員繼續(xù)為我們展示了有趣的太空實(shí)驗(yàn)。

通過(guò)之前幾期的講解，大家知道，由于液體表面張力的作用，太空中的水會(huì)自然形成球狀。表面張力的神奇之處不止于此，接下來(lái)的液橋?qū)嶒?yàn)也展現(xiàn)了表面張力的巨大力量。

只見王亞平拿出兩塊液橋板，這個(gè)液橋板不過(guò)是邊長(zhǎng)10厘米左右的透明塑料板，并沒(méi)有什么玄機(jī)。隨著葉光富將水囊中的水緩緩注入到液橋板上，每塊板子的中間都聚集了一個(gè)巨大的水滴。王亞平試著讓兩個(gè)水滴互相接近，我們可以清楚地看到，開始的時(shí)候，兩個(gè)水滴雖然已經(jīng)非常接近了，但是并沒(méi)有融合在一起，隨著液橋板的逐漸接近，兩個(gè)水滴在瞬間就融合在一起，且沒(méi)有脫離液橋板，仿佛是粘在上面了一樣。接下來(lái)，王亞平小心地拉開兩塊液橋板之間的距離，這回水滴卻沒(méi)有分開來(lái)，而是像我們撕扯橡皮泥或者面團(tuán)一樣，被拉成了一段水條，這段水條有數(shù)厘米長(zhǎng)，仿佛在兩塊板子之間搭起了一座長(zhǎng)橋！

與此同時(shí)，地面上正在上課的同學(xué)們也在嘗試操作這個(gè)液橋?qū)嶒?yàn)。不過(guò)由于重力的作用，我們用水來(lái)搭液橋顯然無(wú)法實(shí)現(xiàn)，這些水會(huì)從豎著的液橋板上流下去。地面上的同學(xué)們只能將一塊液橋板擺到水平的方向上，滴上水滴，再小心翼翼地扣上另一塊液橋板。隨著同學(xué)們拉開上面的液橋板，也可以看到一小段水橋的出現(xiàn)，只不過(guò)它的長(zhǎng)度不過(guò)幾毫米，再長(zhǎng)一點(diǎn)兒，水橋就斷了。

表面張力大家并不陌生，我們之前就講過(guò)：液體具有一種讓表面積盡可能小的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)表現(xiàn)出來(lái)的力就是表面張力。如果液體不受其他外力和物體的影響，就會(huì)把自己拉成球體。而在液橋?qū)嶒?yàn)中，水先牢牢地抓住了液橋板，而與空氣接觸的表面依然存在著表面張力。當(dāng)王亞平將兩塊帶著水滴的液橋板緩緩接近的時(shí)候，由于兩個(gè)水滴之間的空氣隔離了水分子的直接接觸，它們沒(méi)有立即融合起來(lái)，而一旦空氣無(wú)法隔離兩個(gè)水滴，它們的水分子發(fā)生接觸，水滴就會(huì)迅速融合，形成一個(gè)整體。

這個(gè)現(xiàn)象在地面上也可以見到，不知道你有沒(méi)有仔細(xì)觀察過(guò)水在疏水性材料上的形態(tài)，例如荷葉上面的水滴。當(dāng)一個(gè)水滴滑向另一個(gè)水滴之后，如果水滴足夠小，兩個(gè)水滴之間并不會(huì)立刻發(fā)生融合，而是像兩個(gè)彈力球一樣發(fā)生碰撞，只有在緊貼一段時(shí)間之后，它們才會(huì)迅速融合成一個(gè)大水滴。

隨著王亞平拉開兩個(gè)水滴之間的距離，這個(gè)時(shí)候水的表面張力就要發(fā)揮作用了。一旦液橋板被拉開，相比于分離成兩個(gè)水滴，保持液橋的狀態(tài)可以維持更小的表面積，所以液橋就會(huì)被越拉越長(zhǎng)。當(dāng)然，如果拉得太長(zhǎng)，液橋的表面積反而比兩個(gè)水滴的表面積更大時(shí)，液橋就斷開了。

而地面上形成的液橋還要抵抗重力的作用，和重力相比，表面張力還是太弱了，所以液橋剛拉出來(lái)幾毫米的距離，重力就會(huì)把水全部拉下來(lái)，液橋自然也就斷開了。