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趣味物理学
1.7.5 5.5 液体的天然形状
5.5 液体的天然形状

人们通常都认为液体没有固定的形状。其实,这种观点是错误的。任何液体都具有固有的天然形状,那就是球形。可是,我们通常却很少看到球形的液体。之所以会如此,是因为液体受重力作用无法保持其天然的球形形状。如果我们不把液体放在容器里,那么液体就会变成薄层流向四周散开,当然,我们把液体放入容器里,它就会保持与容器相同的形状。可是,如果我们将一种液体放入密度与它基本相同的另一种液体中,根据阿基米德原理,它就会“失去全部的重量”,此时,重力已对它不起什么作用了,在这种情况下,这个液体就会显示出其固有的天然形状——球形。

橄榄油的比重比水小,比酒精大,因此它会在水里浮起,在酒精里下沉。如果,我们把水和酒精混合在一起,调和成一种稀酒精溶液,使它的比重与橄榄油比重相同的话,那么这种油就能悬浮在这稀酒精液中,既不会上浮,也不会下沉。好了,找一只注射器吸少许橄榄油,注入这种稀酒精液里,很快奇迹就出现了:这些油会凝集在一起,形成一个很大的球状油滴悬浮在稀酒精液中,不下沉也不上浮(图5-6)[1]

特别需要提醒一下,做这个实验动作要轻缓,要有足够的耐心,否则,我们看到的就不是大油滴,而是几个分散的小油滴了。当然,即便得到的是一些小油滴,也同样能见证奇迹。

我们继续做实验。找一根细树枝或铁丝,让它穿过油滴。旋转树枝或铁丝,让油滴随着它旋转起来。(在进行实验时,如果能在树枝或铁丝上插一片油浸过的小圆纸片,大小刚好能完全插入油滴里,实验的效果会更好。)受旋转产生的离心作用,油滴会不断地变偏,很快就会甩去一个圆环。随后,这个圆环会分裂成许多球形小油滴,这些小油滴还会继续绕中央的油滴旋转(图5-7)。

最早做这个有趣的实验的是比利时物理学家普拉图。上面所说的就是普拉图的实验方法。当然,我们可以用更为便捷的方法做这个实验,同样也做得十分有趣。方法如下:首先取一只玻璃杯,用清水冲洗干净后,往杯中倒入橄榄油,随后将小玻璃放入另外一只大玻璃杯中;然后,小心翼翼地把酒精沿大玻璃杯壁注入杯中,使酒精完全浸没小杯;最后,沿着大杯的杯壁往杯里慢慢加水。随着水加入杯中,小杯里的橄榄油面就会慢慢向上凸起来。当水添加到一定的分量时,小杯里的橄榄油就会从杯子里往上升,最后完全离开小杯子,悬浮在酒精和水的混合液中,变成一个比较大的圆球(图5-8)。

如果我们身边没有酒精,我们可以用苯胺代橄榄油来做这个实验。苯胺是一种热胀冷缩比较明显的液体,在常温下,它的比重大于水,可是在75℃~85℃的时候,它的比重反而比水小。所以,只要我们把水加热到75℃~85℃,苯胺就会悬浮在水里,这时候的苯胺也会变成球形。当然,我们也可以在常温下做这个实验,只要我们往水里加盐,调到适当的浓度,也可以让苯胺悬浮在盐水里[2]

图5-6 普拉图实验。悬浮于稀酒精溶液里的油滴

图5-7 如果用一根细长的木棒插入油滴中心,旋转木棒,不久就有一个油环从油滴中分离出来