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水在太空真的能往高處流嗎?

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人們常說:人往高處走,水往低處流。但在日常生活中,卻不乏水往高處流的例子。

水的流向取決于水受力的方向。地面上的水受到地球引力作用,才會向低處流,這是司空見慣的現(xiàn)象。但是,假如水受到的力除了向下的重力外,還有向上的力,而且這兩個力的合力又是向上的話,那么水就會按照合力的方向流動了。比如,抽水機中的水可以向上流;漲潮是因為月球?qū)K形Γ瑫购K肯虬哆?;將一支細的吸管插入水中,會看到水從吸管中上升了一定高度,而且吸管越細,水上升的高度越高。液體在吸管中上升還是下降,與固體和液體之間的浸潤性有關(guān)。

浸潤是指液體與固體接觸時,液體會附著在固體表面的現(xiàn)象。不浸潤則是指液體與固體接觸時,液體不能附著在固體表面上。液體與固體是否浸潤,由組成固體和液體物質(zhì)的分子之間相互作用的特性決定。例如,水能浸潤玻璃,所以水滴在玻璃表面就會鋪展開來;水與石蠟不相浸潤,所以在石蠟表面,水滴收縮成球形水珠,很容易滾動。插入水中的吸管,內(nèi)壁被水浸潤,管中液面就上升;如果水不浸潤吸管內(nèi)壁,液體在管中就會下降。浸潤液體在細管里升高的現(xiàn)象和不浸潤液體在細管里降低的現(xiàn)象叫做毛細現(xiàn)象,能夠產(chǎn)生明顯毛細現(xiàn)象的管叫做毛細管。

水在細管中上升的高度還與毛細管的粗細有關(guān)系,管越細,水在管中上升的高度就越高。那么,水在毛細管中能夠上升到什么高度呢?通過流體靜力學可以計算出來,水在內(nèi)徑為1毫米的玻璃毛細管中上升的高度不過3厘米,而在內(nèi)徑為1/10毫米的毛細管中將上升30厘米。把內(nèi)徑較粗的玻璃管插進水中時,幾乎觀察不到毛細現(xiàn)象。

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粗細不同的毛細管中,液體上升的高度不同

在失重環(huán)境中,水在管中的上升就不僅局限于很細的毛細管了。德國物理學家斯坦奇(Stange)等人在微重力條件下做過一個實驗,他們使用的液體材料是一種氟液(型號FC-77),圓管材料為樹脂玻璃。對比情況是,在地面重力條件下,液體在圓管中幾乎沒有上升。這是因為毛細力與重力作用相互抵消,雖然毛細力是向上的,但向下的重力阻止了液體上升。在微重力條件下,液體在圓管中上升了70~80毫米。這是因為在微重力條件下,毛細作用顯現(xiàn)出來了。

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