昨天喝剩的饮料瓶还在吗?进来看水珠贴贴表演啦!或许同学们偶尔遇到过这样的现象?水龙头的⽔柱溅到水槽中时,有几粒小水珠快速地沿着水面飞奔,像热锅中滴入的水珠一般;或是用手指敲击桶装饮水机的桶壁时,看到一些飘忽不定的小水球。今天我们就来用饮料瓶来实验一下。
实验器材:所标杯、各种饮料瓶、洗洁精、尺子。
实验过程:首先我们随便拿来一瓶饮料稍微喝掉一些,一手在瓶盖处按住它,另一只手用尺子大力敲击液面下方一厘米左右的位置。嗨!嗨嗨嗨!……无事发生,貌似只是把气泡水中的气泡打上来了,敲的时候感觉力都被弧形的瓶壁散掉了。我们用方形的饮料瓶试试,正好瓶中是带颜色的液体方便观察。嗨!OHHHHH~虽然短暂,但还是能看到大小不一的水珠和平时看到的气泡完全不一样,它们不仅是存在于液面上方的,而且非常活跃。
那我们用方瓶子装一些带颜色的碳酸饮料试试看,还是一样,瞄准液面下方一点点的位置,敲!果然含气的饮料还是更胜一筹,不仅水珠数量多、持续时间长,还有各种有意思的互动。对于如此强大的碳酸饮料,其实换回圆瓶,如果利用又径变化带来的斜面去击打液面,也是能起到一定效果的。
小编在尝试各种液体时,发现加入少量洗洁精的水稍微敲击,就能激起很多很多的小水珠(可以通过光的折射图案来分辨水珠与气泡,气泡的薄膜会产生彩虹般的干涉条纹,而水球的透镜现象格外明显)。不过这里激起的小水珠没有之前那么喜欢直线冲刺,反而喜欢聚在一起贴贴,它们的原理也和之前的不同哦。
关于水滴短暂地浮于水面而不与水体融合这一现象,从19世纪末就有科学家尝试解释。
而从21世纪以来,科学家对于不同条件下形成的暂留水珠有着不同的解释,比如水面有流动、水体上下振动、水滴与水体有温度差,等等。不过他们相同的地方都在于水滴和水面之间存在流动的空气层,而这层空气不仅托着水珠不让其坠入水体中,也推动着水珠向前移动。在较近的一篇工作里,研究团队证明了在静态的水面上浮起的小水珠会缓慢地转动,并且水珠的前进与水面产生的表面波无关,完全由水珠底部的空气流动为主导。
而对于液体的选择,在小编的多次尝试下发现碳酸饮料最容易形成留在表面的水珠、含气苏打水其次,而普通的纯净水需要尝试很多次才会观察到小水珠。小编推测在敲击瓶身时,液体内气体的逸出很可能会促进水珠下流动空气层的形成,所以使用溶解气体非常不稳定的碳酸饮料时现象最为明显。当然在最后,小编使用了加入少量洗洁精的水制造了大量的水珠,不过这些水珠形成的原理就与上边的那些不同了。
这些水珠与水面上都“插着”一些一边亲水一边疏水的分子,所以裸露出来的疏水基团之间的斥力托住了小水珠。不过由于这些小水珠并非是由流动空气层托起的,它们也没有高速移动的倾向,所以会团聚在一起。相比之下还是那些由空气推动的小水珠更有趣一些。