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          椭球形的小水滴为什么会变成球形?

          来源:知乎 浏览 43 次 发布时间:2021-07-23

          在无任何其他外力(包括重力)的情况下,椭球形的小水滴最终会变成球形,根本原因是什么?

          我一共搜索到如下三种解释:


          解释一:由于表面张力。表面张力的产生原因:由于水滴表面与空气接触,所以表面水分子比内部水分子稀,分子间距离增加导致分子间引力起主要作用,这使得整个水滴表面的水分子绷得很紧,这个平行于表面的力就是表面张力。


          解释二:由于表面张力。表面张力的产生原因:“每个内部的水分子在各个方向上都受到周围水分子的拉力,所以合力为0。然而,表面的水分子不是每个方向上都有相邻的分子来提供一个平衡的合力,取而代之的是它们被周围的分子拉向水滴的内部”

          解释三:因为液体表面的分子的能量要比内部分子高,系统会自发的将表面能降低到最小,球的表面积最小,所以会变成球形。


          这三种解释,都不能解决我的疑惑。我把我的疑惑再用更具体的方式表述出来:

          如下图,为什么水分子A会向中心运动,而水分子B却远离中心?


          针对解释一,我的想法是:


          按这个意思,如果我有办法将一个椭球形的水滴表面水分子变得不稀疏,表面张力就没有了?椭球形的水滴就不会变成球形了?!我猜不是,所以我暂时认为解释一是错的。


          针对解释二,我的想法是:


          在一个球形的水滴里,按照这个说法,外部水分子不断地向内运动?!


          在一个球形的水滴里,无论表面或者内部的水分子,难道不是各个方向既受引力又受斥力所以合力为0吗?!所以我暂时觉得解释二也是错的。


          针对解释三:


          “系统自发的将表面能降低到最小”,意思是水分子A运动之前还得算一下整个系统的能量?!看看是多大!要不是最小,就运动,要是最小就老实呆着???解释三没有解答我的疑惑。


          针对我这个更具体的问题,我自己是猜测如下:


          为了使我的想法容易被理解,我用下面的示意图来阐述。

          有两根相通的管子,里面有8个水分子。


          不考虑分子振动,由于位置对称,每个分子受到的合力为0,所以这8个分子静止。


          此时,将水分子E突然拿走,那么B受到合力向上。

          (B受到合力向上的原因:


          对最开始E分子做受力分析,E受到其他所有分子的引力和斥力,合力为0,即

          分子A、G、H、C、D和F对E的引力大于斥力,所以B对E的斥力大于引力,所以E对B的合力是一个对B向下的“压力”,所以将E拿走后B受到的合力向上)


          所以B向上运动。


          只要B向上运动一点点,G受到的合力就向右,G向右运动,最后同理A也向右运动。


          所以我猜椭球形的水滴变成球形也是这个道理。


          我的第一个问题是,以上我的理解有哪些错误的地方?当然,我根本的目的是想从本质上了解为什么椭球形的水滴会变成球形,不给我挑错直接解答我的疑惑也可以。如果有相关方面的经典参考文献,也请帮忙推荐一下。


          第二个问题是,使水分子连接在一起的力是氢键,那么使椭球形的水滴最终变成球形的力是范德华力吗?

          本文关键字: 相关标签:表面张力仪

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