液体的天然形状

时间:2024-06-26 05:08:01

日常生活中,我们见到过很多液体,它们通常没有固定的形状,装在什么容器里就是什么形状。真的是这样吗?其实不然,所有的液体本身是球形的。我们都知道,液体也是有重量的,就会受到重力的作用,使得它本身的模样难以保持。如果把它装在容器里,就会变成容器的形状,如果洒到桌子上,它就会变成薄薄的一层。现在,有两种不同的液体,它们的密度相同,如果把其中一种液体放到另一种液体中,会怎样变化?根据前面提到的阿基米德原理——任何物体放到液体里,都会减轻一部分重量。这两种液体密度相等,前一种液体就会完全失去自身的重量,重力作用完全消失,液体就会显示出它本身的形状。

我们可以通过一个实验来验证一下。我们知道,橄榄油的密度比水小,但是比酒精要大。现在,我们把水和酒精进行混合,使它们的混合液的“密度”和橄榄油相等。这样,如果把橄榄油放到混合液中,橄榄油就会被混合液包裹在其中。如 图 所示,我们用一只注射器把橄榄油打到混合液中,我们会看到打进去的橄榄油既没有下落,也没有浮起,而是慢慢汇聚成一个球形,悬停在混合液中(盛混合液的容器壁越平整,效果越好)。

液体的天然形状

图 在稀释的酒精里,橄榄油滴既没有下落,也没有浮起来。

需要指出的是,这个实验做起来要非常有耐心,不能着急,特别是在用注射器打橄榄油的时候,动作要特别小,否则橄榄油就会分散成很小的“颗粒”,很难汇聚成一个大的球形。

让我们接着进行实验。如 图所示,找一根细竹签或细铁丝,慢慢穿到刚才形成的油滴中,然后旋转竹签或铁丝,我们会看到油滴随之慢慢转动,并且形状发生了变化,变得扁了一些。如果旋转的速度变快一些,变扁的油滴就会慢慢变成一个圆环,并随着速度的变快,分散出很多小油滴,也呈球形,绕着大油滴转动。

液体的天然形状

图 用一根细竹签插进油滴中旋转,油滴会随之转动,分裂出一个油环。

这个实验非常有趣,刚开始是由一位比利时的物理学家发现的,他叫普拉图。前面我们做的实验就是普拉图实验的再现。其实,我们可以把实验做得更有趣一些。如 图 所示,在一只冲洗干净的玻璃杯中装上橄榄油,然后把玻璃杯放到一个大玻璃杯的底部,往大玻璃杯中缓慢加入酒精,直到把小玻璃杯完全“埋”到酒精里面。下面再沿着大玻璃杯的杯壁向大玻璃杯中加水,动作一定要慢。随着水的加入,我们就会发现,装在小玻璃杯中的橄榄油上平面慢慢凸起来,水加到一定程度的时候,小玻璃杯里的橄榄油就会完全脱离小玻璃杯,变成一个大大的球形,跟前面的实验一样,悬停在水和酒精的混合液里。

液体的天然形状

图 简版普拉图实验。

如果没有酒精,我们可以用别的液体来做这个实验,一样可以得到同样的实验结果。比如,用苯胺代替橄榄油。当水温比较低的时候,苯胺的密度比水大,但如果水温比较高,苯胺的密度就会比水小一些,所以我们只要把水加热,就可以使苯胺悬停在水中。跟前面的橄榄油一样,这时的苯胺也会变成一个球形。如果在常温下,我们还可以用盐水代替清水,做这个实验,因为常温下盐水的密度要比清水大,盐水的浓度达到一定值后,就会和苯胺的密度一样大,苯胺一样也可以悬停在一定浓度的盐水中。另外,这里的苯胺也可以用甲苯来替代,甲苯在24℃的时候,与盐水的密度相当。