如何解锁罚站的正确姿势?

作者: Shiny & Tom

来源: 中科院物理所

发布日期: 2020-03-28 14:03:49

本文通过一个科学实验,解释了如何将牙签立起来的原理,涉及静力学平衡和表面张力的知识,并通过实验展示了这一现象。

正经玩每期会推送一个好玩的科学实验,希望能给您带来乐趣,知识与陪伴。向我们分享你的实验视频,还有机会领取小礼品哦!部分读者可能会有过这种经历:小时候因为调皮被老师逮出去罚站,小编就有过,不过一群人一起罚站就不一样啦,大家互相依靠,仿佛罚站都没那么累了。今天咱们就来分析分析“全体罚站”。放心,罚站的不是你们。实验器材所标杯、牙签。实验过程立鸡蛋已成过去式,今天我们来立牙签。

先来试试第一根找找手感,一根牙签,牙签并没有那么“听话”,而是干净利落地倒下。再来多试试几根,两根牙签,多根牙签,看来要用一些小技巧。我们拿出几根牙签,让它们在水中浸湿,这时再将它们攒紧,就可以轻松地立起来了。原理解说继上期立了鸡蛋,这期我们又把牙签给立了起来(那后面再立些啥呢),与立鸡蛋较为花里胡哨的原理不同,这次牙签能立起来是因为简单的“纯”静力学平衡。

当一把牙签不做任何处理时,所有的牙签都是相互独立的个体,由于牙签与桌面的接触面积很小,所以牙签的重心很难落在支撑面内,因此,牙签很难被立起来。如果我们将两根沾上水的牙签并排放在一起,可以发现,牙签之间有一层水膜。当牙签之间的间隙变小时,这层水膜的长度会变长。根据表面张力的公式可以知道,水膜的长度变长会导致液膜的表面张力变大。

因而液膜的表面张力会使两根牙签被紧紧拉住,所以牙签之间的水就像胶水一样把牙签“粘”在一起,成为一个整体。当很多根牙签成为一个整体时,支撑面就从一根牙签的支撑面,变成多根牙签各自的支撑点所确定的凸包。此时重心也会发生偏移,落在这个凸包内,所以,根据静力学平衡条件可以知道,牙签可以被立起来。

实验中我们将牙签放在水中,是因为随着时间的推移,牙签之间的水会逐渐蒸发,没有了水,牙签会散开成不了一个整体,也就没法持续立着。而放在水中,由于毛细现象,蒸发的水会不断被补充,牙签就能保持一个整体不倒。分析完这个实验,看到抱成团的牙签竟有如此神奇的效果,小编更加相信了那句名言:一根筷子易折断,十根筷子抱成团。不过,有个人例外。

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