加在早餐牛奶中的燕麦一类谷物的浮渣容易聚集黏结在碗边,这是什么力在起作用?
这是谷物碎渣周围的液体作用于它的表面张力所产生的拉力不平衡的缘故。用一个简单的实验就可以证明这一点。
需要准备的材料和用具是一些自来水、两只聚苯乙烯杯子,再在另一只聚苯乙烯杯子上剪下两块小圆片(直径约1厘米)。在第一只杯子里加上水,加至水面离杯口1厘米左右。第二只杯子则加满水,小心地加至杯口,但不要让水溢出,直至水面因为表面张力在杯口形成一个向上略微鼓起的凸面。这时,将两块聚苯乙烯小圆片小心地平放在每一只杯子的水面上。你会看到,在没有加满水的杯子里,浮在水面上的小圆片会很快滑向杯子的侧壁,并保持在那里不动。但是浮在第二只杯子鼓出水面上的小圆片,则会大致保持在中心位置不动。更有趣的是,你如果把这块小圆片——比如说使用铅笔尖——推向杯子的边缘,边缘会以明显的排斥力立即把它推回中心。
在两只杯子里看到的现象都是表面张力作用的结果。在没有装满水的杯子里,水面从中心向外朝上弯曲,直至接触到聚苯乙烯杯子壁,呈现为一个下凹面。这是由于水分子与聚苯乙烯的亲和力大于水分子彼此之间的亲和力,具有更大的贴近聚苯乙烯的倾向。在第二只杯子里,水面在杯口形成一个上凸面,则是由于表面张力的存在,迫使液面具有尽可能小的面积的缘故。这种情形与悬空液滴具有球形的道理相同。
在小圆片的周围,水面也会向上弯曲与其边缘接触。在这种场合,表面张力将按照聚苯乙烯圆片边缘与水接触的角度,在接触点对小圆片施加一个向下向外方向的拉力。小圆片如果位于杯子液面的中心,那么,圆片每一侧受到的这种拉力都会被相反一侧所受到的拉力平衡掉,因为在小圆片边缘的所有点,与之接触的水面向上弯曲的程度完全相同。
但是,在没有装满水的杯子里,如果小圆片稍微偏向了杯子的一侧,那么,在距离杯子侧壁较近的一侧,由于水面在杯壁向上弯曲,结果,水面在与小圆片接触点处向上弯曲的程度就会变小。在这种情况下,作用在圆片这一侧的将圆片拉向杯壁的拉力将会增大,结果就出现了一个将圆片拉向杯壁的净作用力。
这种效应也可以解释你碗中漂浮在牛奶表面的谷物碎渣成团聚集在碗边的现象。在池塘和湖面上的树叶和细枝也有聚集在岸边的现象,道理与此相同。
湖面上的树叶和细枝聚集在岸边的现象,应该主要是风吹动的结果。——译者
说不定这是谷物碎渣的一种御敌战术呢!它们像草原上的野牛那样聚集成群,可以防止被掠食动物(你)分别一个一个吃掉。当然,也可能是抵御牛奶的表面张力。
事实是,燕麦和大米,或者其他谷物的颗粒,能够以这种方式吸引同类聚集到一起,它们具有“感知”走什么路径可以到达共同的质量中心的能力。这种能力被称为“谷物具有的共同意识”。
研究表明,如果把许多人投进一个巨大的牛奶碗里,他们会毫无这种聚群抱团的意识。原来,人类还不如一颗谷物籽粒。