【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的注解。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。

第五章液体的性质

【山话||  本系列专栏中的力单位达因等于10⁻⁵牛顿；功的单位尔格等于10⁻⁷焦耳；热量的单位卡路里等于4.186焦耳。另外这套老教材中的力的单位常用公斤，如今是不允许的，力是不能使用公斤为单位的。】 

§5-4表面张力

【01】在§5-2~§5-3中，我们已经从力的角度和能量观点解释了液体表面的收缩趋势。为了更清楚地认识液面的这种性质，可以用肥皂膜来做下面的实验。

【02】在用金属丝制成的圆环的两点（近乎是直径的两端）上系一根棉线（线不要绷紧），然后把环浸入肥皂水里，使环上形成一层肥皂水的薄膜，这时棉线在薄膜的中间是松弛的（图5·5(a)）。但是，如果用热针戳破棉线左侧的薄膜，那么，薄膜右侧的表面会立即收缩，于是棉线就弯向右面，成为如图5·5(b)所示的弧形；同样，如果戳破棉线右侧的薄膜，那么，棉线就被左侧的薄膜拉紧，成为如图5·5(c)所示的弧形。

【03】这些现象表明棉线段的各部分都有力的作用，力的方向到处跟线段垂直（图5.5(d)）。这种表现为使液面自动收缩的力叫做表面张力。当环上的薄膜完整时，由于棉线各段所受两侧薄膜的拉力大小相等、方向相反，所以棉线在环中的任何位置都能保持平衡。又因为这些力到处跟线段垂直，所以当一侧的薄膜被刺破时，棉线被另一侧的薄膜拉紧成圆孤状，而不是其他的形状。

【04】同样地，下面的实验也能够证明上述解释的正确性。

【05】把浸湿后的棉线圈放在金属丝环的肥皂膜上（图5·6），这时，棉线圈是松弛的，可以采取任意形状。如果用热针戳破棉线圈内部的肥皂膜，那么，由于棉线圈外部肥皂膜的收缩，线圈就被拉成圆形【几何学告诉我们，长度一定的周界所包围的面积，以圆的面积为最大。因此，当棉线圈成圆形时，金属环中薄膜的面积为最小】。这一结果说明，表面张力是均匀的，而且垂直地作用在线段的各部分。

【06】如果使不同几何形状的几个金属框上布满肥皂水的薄膜（图5·7），那么每一个框上的薄膜只能有一种确定的形状，这时薄膜的表面积，对于每一个框来说都是最小的。这是因为在表面张力的作用下，薄膜都要收缩，使表面积尽可能地小。

【07】通过上面的实验和讨论，我们可以得出结论：由于表面张力的作用，液体的表面都有收缩到最小面积的趋势。同时，还应该看到，表面张力是跟液面相切的。如果液面是平面，例如图5·5和5·6中的实验，那么，表面张力就出现在这个平面内；如果液面是曲面（这种情况我们在后面将要学到），那么，表面张力将出现在这个曲面的切面内。

习题5-4

1、水比沙轻。但是，为什么沙漠中的风能刮起大量沙子，而海洋上的风却只带有少量的水沫？

2、新的布料落水后都要收缩。如何说明这一现象？

3、系在两裸树之间的绳子，淋雨后是更下垂呢还是张得更紧？为什么？