科普 | 露珠為什么是球形的？

來源：視覺中國(guó)

露水像雨一樣，能滋潤(rùn)土壤起到幫助植物生長(zhǎng)的作用。在農(nóng)作物生長(zhǎng)的季節(jié)里，常有露出現(xiàn)。在我國(guó)北方的夏季，蒸發(fā)很快，遇到缺雨干旱時(shí)，農(nóng)作物的葉子有時(shí)白天被曬得卷縮發(fā)干，但是夜間有露，葉子就又恢復(fù)了原狀。人們常把“雨露”并稱，就是這個(gè)道理。

露的形成原因和過程與霜一樣，只不過它形成時(shí)的溫度在0℃以上。在0℃以上，空氣因冷卻而達(dá)到水汽飽和時(shí)的溫度叫作“露點(diǎn)溫度”。在地面熱量散失快的早春或深秋晚上，由于空氣溫度降低，當(dāng)溫度降到“露點(diǎn)”以下，空氣中的水汽達(dá)到飽和，就會(huì)有多余的水汽析出。此時(shí)水汽遇到葉子的尖端，產(chǎn)生了水的凝結(jié)，從而形成露水。當(dāng)形成的露水不斷地增大，加上葉子表面的不浸潤(rùn)，露水變成球形，這便是露珠。露一般在夜間形成，隨著氣溫的升高，露就蒸發(fā)消失了。

為什么露珠是球形的？我們?cè)谌粘Ｉ钪锌梢杂^察到，雨后樹葉、草上的小水珠都接近于球形；不小心打碎了體溫計(jì)后，里面的水銀掉到地上，小水銀滴也呈球形。此外，在一杯水里，把一枚硬幣小心地放置在水面上，硬幣浮在水面而不沉，這時(shí)候就能看到硬幣下的水有一個(gè)凹面。所有這些現(xiàn)象都與表面張力有關(guān)。

那么，什么是表面張力呢？它又是怎么形成的呢？處于界面的分子與處于本體內(nèi)的分子所受力是不同的。在水內(nèi)部的一個(gè)水分子受到周圍水分子的作用力的合力為零，但在表面的一個(gè)水分子卻不如此。因上層空間氣相分子對(duì)它的吸引力小于內(nèi)部液相分子對(duì)它的吸引力，所以該分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液體內(nèi)部，結(jié)果導(dǎo)致液體表面具有自動(dòng)縮小的趨勢(shì)，這種收縮力稱為表面張力。表面張力使得液體表面層猶如緊繃的橡皮膜，有收縮趨勢(shì)，從而使液體盡可能地縮小它的表面面積。我們知道，球形是一定體積下具有最小表面積的幾何形體。因此，在表面張力的作用下，液滴總是力圖保持球形，這就是“將來玉盤上，不定始知圓”的原因。

表面張力產(chǎn)生的一個(gè)重要現(xiàn)象是毛細(xì)現(xiàn)象。也就是說浸潤(rùn)液體在細(xì)管里上升，不浸潤(rùn)液體在細(xì)管里下降。我們可以做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)來觀察這種現(xiàn)象。把細(xì)玻璃管放入盛水的槽中，這時(shí)水很快從細(xì)玻璃管中上升，管中的水平面比水槽中水平面還要高，管子越細(xì)，上升越高，并且管中水面是凹形的。若水槽中放的是水銀，情況則恰恰相反，管中液面低于水槽中水銀的平面。

浸潤(rùn)液體為什么能在毛細(xì)管中上升呢？原來，浸潤(rùn)液體與毛細(xì)管內(nèi)壁接觸時(shí)，引起液面凹形，而表面張力是沿著液面切向作用的，所以沿著管壁作用的表面張力形成一個(gè)向上的合力，使得管內(nèi)液體上升，直到表面張力的向上拉引作用和管內(nèi)升高的液柱重量相等為止。

同樣的道理，對(duì)不浸潤(rùn)液體，毛細(xì)管壁的表面張力的合力方向向下，使管內(nèi)液體下降。我們平常所見到的用毛巾擦汗、粉筆吸干紙上墨水等現(xiàn)象都可用毛細(xì)現(xiàn)象來說明，毛巾、棉花、粉筆、土壤等物體，內(nèi)部有許多小細(xì)孔，起著毛細(xì)管作用。不光液體與氣體之間的表面層，液體與固體器壁之間也存在著“表面層”，這一液體薄層通常叫作附著層，它也一樣存在著表面張力。

毛細(xì)現(xiàn)象對(duì)植物生長(zhǎng)也具有很重要的意義，它們所需要的養(yǎng)分和水分就是由根、葉子和莖中的小管從土壤中吸上來，輸送到綠葉里的。這就像不停止的抽水機(jī)，不知疲倦地把水分、養(yǎng)分送到植物的每一個(gè)細(xì)胞。另外，土壤中有很多毛細(xì)管，地下的水分沿著這些毛細(xì)管上升到地面蒸發(fā)掉。如果要保存地下的水分來供植物吸收，就應(yīng)當(dāng)鋤松表面的土壤，切斷這些毛細(xì)管，減少水分的蒸發(fā)。所以農(nóng)民常在雨后給莊稼松土，來保持水分。

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