公園里的小朋友吹起了一個(gè)大泡泡，陽(yáng)光下的肥皂泡炫彩奪目；旁邊的音樂(lè )噴泉噴出水柱，紛揚的水滴剛好落在你的手掌。其實(shí)，在這些水的大秀幕后，有一位隱形而重要的魔術(shù)師——水的表面張力。

故事還要從19世紀的歐洲講起，那時(shí)的人們和你一樣，也喜歡七彩的肥皂泡?？茖W(xué)家們在擺弄肥皂泡的同時(shí)，也試圖揭開(kāi)它背后的秘密，一位熱愛(ài)科學(xué)的女孩子做到了。她設置了這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的小實(shí)驗：把一塊紐扣大小的金屬片系在繩子上，并將它輕輕放在水面，并測量將金屬片從水面提起所需力的大小。神奇的事情發(fā)生了，從水面上提起金屬片，居然比從桌面上提起同一片金屬更費力。也就是說(shuō)，水的表面對金屬有一種“吸引力”。這個(gè)吸力就是我們所說(shuō)的水的表面張力。

張力只來(lái)自于水面上那薄薄的一層水分子，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它是一種讓水分子更“團結”的凝聚力。如果我們把一杯水放大很多很多倍，你將看到上億個(gè)水分子。水分子天生很愛(ài)交朋友，會(huì )主動(dòng)吸引四面八方的水分子。這樣的凝聚力來(lái)自一種特殊的化學(xué)作用力——氫鍵，它本質(zhì)上是水分子中的氧原子對其他水分子中氫原子的吸引。但是，表面的水分子就不太一樣了。它們的上方不再有水分子，所以這種吸引力只能作用于下方和側方的小伙伴，最終導致的結果，就是把本應吸引上方水分子的力分給了自己側面的鄰居。就這樣，最表面的一層水分子更大力地手拉手，織成一張有彈性的網(wǎng)，更有力地束縛著(zhù)下方的水，表面張力就這樣形成了。

正是表面張力的束縛，才有了水滴獨特的造型，讓你的眼淚有了像珍珠一樣的球形。此外，這張有彈性的薄膜讓一些輕小的昆蟲(chóng)可以在水面上輕盈行走，仿佛“水上漂”一般。有一個(gè)利用表面張力的經(jīng)典實(shí)驗，是讓曲別針浮在水面上。曲別針由金屬制成，密度大于水，如果你直接把它丟到水中，它一定會(huì )沉底。但假如你輕輕將曲別針?lè )旁谒嫔?，不要破壞寧靜的水面，便會(huì )發(fā)現此時(shí)曲別針也能平穩地漂浮著(zhù)。嚴格來(lái)說(shuō)，這并不是漂浮，而是水的表面張力在托舉著(zhù)曲別針。假如你擾動(dòng)水面，破壞了表面張力，曲別針便會(huì )很快沉底。

說(shuō)到這里你可能會(huì )問(wèn)，我們好像還是沒(méi)有揭開(kāi)肥皂泡的秘密呀？肥皂泡的產(chǎn)生原理，正是在破壞水的表面張力。當你把水龍頭開(kāi)得很大時(shí)，噴濺出的水有時(shí)會(huì )包裹著(zhù)空氣，形成細小的氣泡。但這些氣泡一般很小，而且水膜的張力使它急于抱住其他水分子，氣泡很容易破。而肥皂或洗滌劑的本質(zhì)是一種表面活性劑，它們廣交朋友，可以一只手拽著(zhù)空氣，另一只手拽著(zhù)水。表面活性劑的存在大大降低了水的表面張力，有了它們的參與，氣泡才能吹吹地更大也更持久。

參考資料：

1.https://www.usgs.gov/special-topic/water-science-school/science/surface-tension-and-water?qt-science_center_objects=0#qt-science_center_objects

2.「英」海倫·切爾斯基《茶杯里的風(fēng)暴》北京聯(lián)合出版公司

作者：比鄰星

審稿：張軒中（中國科普作家協(xié)會(huì )會(huì )員，中國物理學(xué)會(huì )會(huì )員）