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為什么物體總是趨于表面積最???
來(lái)源:阿黃sweetgirl 瀏覽 953 次 發(fā)布時(shí)間:2021-08-07
為什么物體總是趨于表面積最???比如水滴會(huì)呈球形(球形表面積最小),地球也呈球形(雖然不是完美的球形),但物體總有這趨勢(shì),為什么?
這個(gè)要追蹤到物體的形成過(guò)程。由于液滴呈球形是在表面張力起主導(dǎo)的作用下,所以如果物體在形成的初期經(jīng)過(guò)了液態(tài)過(guò)程,在液態(tài)狀態(tài)時(shí),物質(zhì)內(nèi)部的張力不足以抵擋表面張力的作用,物質(zhì)就會(huì)在表面張力的作用下變?yōu)楸砻娣e最小的狀態(tài),即為球形或者與外力作用下的妥協(xié)的形狀(比如重力下,液滴呈扁平狀),然后從液態(tài)到固體形成后,就會(huì)保持呈為球形。
對(duì)于地球呈球形,一個(gè)說(shuō)法如下:“也許地球剛形成時(shí)也是個(gè)小太陽(yáng),就象我們現(xiàn)在看到的太陽(yáng)一樣,能發(fā)光和熱,由于它的個(gè)頭不大(相對(duì)于太陽(yáng))經(jīng)過(guò)許多億年后(十億?二十億?三十億?)沒(méi)有人知道)它的熱核反應(yīng)中止了,不再能發(fā)光和熱了,但它表面的溫度還是很高,全部是赤熱的巖漿,而萬(wàn)有引力的作用,又使得液態(tài)的地球趨于圓球形”。也就是說(shuō)地球經(jīng)過(guò)了所謂的液體地球的狀態(tài)。雖然表面能低的形狀具有較低的能量狀態(tài),因此更容易穩(wěn)定。
然而,卻不是所有的物質(zhì)能達(dá)到這個(gè)狀態(tài),比如,粘稠的流體(瀝青),奇形怪狀的固體,幾乎被無(wú)限延展的金箔等,幾乎不可能自發(fā)變?yōu)槟芰孔畹偷臓顟B(tài)(球形或近球形)。這是和表面張力于其他力的量級(jí)比較有關(guān)。比如流體力學(xué)中的邦德數(shù)(Bo)代表重力與表面張力之比。當(dāng)重力的作用小于表面張力時(shí),表面張力起主導(dǎo)作用,液體呈球形。對(duì)于純水,在地球上其臨界尺寸約為2.7 mm,大于2.7 mm時(shí),液體便不會(huì)呈球形。還有毛細(xì)管數(shù)(Ca)用于表示物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的粘性力與表面張力之比。
粘度越大,物質(zhì)的表面張力所起的作用力越小。對(duì)于粘稠的液體,粘度很大,表面張力只會(huì)在極小的流動(dòng)速率下,其表面張力才會(huì)起主導(dǎo)作用,所以,雖然表面積低更穩(wěn)定,但卻很難自發(fā)達(dá)到這種狀態(tài)。