亲水性是处女座的噩梦:水倒不干净,倒的时候会洒出来等 。:
烦人的茶壶效应 。这张图片来自一篇获得诺贝尔奖的论文 。
那么拯救世界就需要疏水性 。除了空气体分子外,水分子对非极性碳氢化合物、油类和脂类都不是很感兴趣 。此外,粗糙化表面也可以增加表观接触角(卡西定律) 。雨具,自洁玻璃,以及任何地方停止小便的涂层都使用疏水材料(阅读更多:酷炫动画(27):水桑,走开!)。
疏水材料甚至可以由水面支撑——如果水面上的“薄膜”没有被破坏的话 。记录者:格兰特·汤普森——《随机之王》
零重力饮水杯
如果水滴遇到的亲水材料不是平面而是细管或细缝,就会看到毛细现象 。
在这一点上,我们有三种方法来解释这种现象:①水想增加它与玻璃管内壁的接触面积,直到表面能的消耗不足以补偿重力势能;②固液接触面的负张力向上拉液体;③凹液面会降低液体中的压力,使外界气压将液体向上推 。三种方法都可以推导出同样的结论,第一种方法如下图所示 。
(利用毛细现象可以做永动机吗?当然不是 。这个问题已经在松鼠会的这篇文章中解释过了 。)
从公式可以看出,当g=0,h=∞时,液体在失重环境中会无限上升,直到占据整个玻璃管 。其实也不一定是封闭的吸管 。制作锋利的边缘也可以让液体无限上升:
这是在国际空站上的演示 。原视频来自:collectSPACE 。完整的视频和评论都在这里传送 。
如图所示,当角度φ小于90°-接触角θ时,形成的液面呈凹形,可以降低缝内压力,所以外界气压会将液体推入边缘 。
有了这种结构,美国宇航局发明了一种可以在零重力环境中使用的咖啡杯 。在毛细现象的作用下,液体不会四处乱跑,还能自动输送到人们的口中 。今天,最新的杯子是这样的:
宇航员谢尔·林德格伦的品酒图 。
这个杯子是3D打印的 。想要一个吗?生产它的公司在kickstarter上提供原厂杯子1500美元的价格...用模具制作玻璃版的成本会低得多,只有35美元——然而,这场众筹活动并不成功...(嗯,我选择继续吸吸管...)
其实在地球上也可以观察到类似的现象——袋装辣条等小零食,袋口总是有很多油(这里多亏了Chihuo @ donizyo的提议) 。通过实验,虽然塑料袋对水不太友好,但对油有很强的亲和力:
塑料袋上油滴(左)和水滴(右)的接触角 。LePtC拍摄
在实验中,使用了一个集邮迷你塑料袋 。袋子注水后,膨胀成馒头状,根本没有上升的欲望 。
自来水被注入塑料袋 。LePtC拍摄
换上油后,我很惊讶 。这货跑得比任何人都快 。即使袋口很开,仍有油一路攀升到袋口:
将食用油注入塑料袋 。LePtC拍摄
美国宇航局的第一个零重力杯诞生于2008年 。他们发明得太晚了 。肯定是因为国外没有辣条...
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