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  1012velo 2012-03-29 00:00:00

  液體里的鄰近分子都有吸引力和斥力互相抵消，但是非臨近的分子之間表現(xiàn)為引力，當分子在內(nèi)部是其手里平衡引力必定球?qū)ΨQ，當分子在液體表面是便不再是球?qū)ΨQ而是有力的作用，這個力就是球?qū)ΨQ中半球的作用力，這個半球顯然就在液面那一半，半球的合力顯然是垂直于半球的那個圓面的，這個圓面就是液面。這個合力人們稱之為張力。為什么會是垂直于液面方向，很好理解，如果不垂直于液面方向那么這個分子就會沿著液面運動，這顯然不合理。

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  果果loveX 2012-04-01 00:00:00

  這個問題透徹弄清楚不是很容易。樓上前面一部分是正確的。不過未能說明Z終表面張力是沿液面方向，而不是垂直于表面。 下面我們先假定，水分子（粗略近似為球體）在水中平均分布，呈立方網(wǎng)格狀分布（實際情況不是如此，這里只是為了簡化討論，并不影響定性結(jié)論），不考慮其無規(guī)則運動（無規(guī)則運動對問題的影響平均而言相互抵消）。 我們都知道分子間引力和斥力同時存在，引力有效作用范圍較大，一般認為十個分子直徑“方圓”，我們不妨假定是五個Z鄰近分子質(zhì)心間距，即該范圍內(nèi)的所有分子（大約500個分子）都對ZX分子有引力作用。斥力有效作用范圍較小，一兩個分子直徑方圓，不妨假定就是一個分子質(zhì)心間距（上下左右共4個分子對ZX分子有斥力作用）。這樣假定不影響定性分析。 現(xiàn)在我們在液面下方緊靠液面的一層水分子中，任取一個水分子為ZX，以五倍分子間距為半徑作一個球面。如果上半球面內(nèi)也充滿水分子，則ZX分子受力平衡（受到周圍分子總的引力與總的斥力都是零，這就是液體內(nèi)部分子的受力情況）?，F(xiàn)在上半球中只有一層水分子，和不超過一兩個空氣分子或水蒸氣分子（從而氣體分子數(shù)目可以忽略）。從豎直方向看，ZX分子受到的總斥力不變，為零（上下各有一個Z鄰近分子，兩個斥力方向相反，大小相等，即便考慮上下兩層次鄰近分子的斥力在豎直方向上的分力，也總是兩兩成對而抵消），而引力則是下面有五層分子吸引，上面只有一層分子吸引，這樣這個分子就受到了凈的指向下方的引力，顯然該分子會稍稍下移使之與下方的分子間距相比平均間距減小，斥力增大（引力雖也隨之增大，但增加幅度較?。〉昧ζ胶?。同理該層上的每個分子都會稍稍下移，這樣與表面diyi層分子間距拉大，表層分子受力又不平衡，也會發(fā)生稍稍下移。上述分子面下移的情況在表層五層分子中都會出現(xiàn)，只是程度不完全相等?？傮w上看，表面的幾層分子收到了內(nèi)部的凈的引力而使五層分子的總間距在豎直方向上略微壓縮。即表面存在被向水本體方向拉的趨勢，造成這個趨勢的力是垂直指向液面向下的。這個力隨著分子間距的自動調(diào)整（豎直方向壓縮）就消失了。而表面張力并不是這個力。 從前面的分析知道，表面分子受到來自內(nèi)部的凈的引力作用，使這些分子盡可能地向液體本體運動，縮小表面積，直到它們受到的斥力增大與Z初的凈的引力抵消為止。對于像燒杯中的大量水而言，表面積無法減小，只能是表層分子間距被壓縮，而取得受力平衡。那怎樣才會受到表面張力呢？對于水平面的例子，我們可以在水平面上放一根細直金屬絲（細絲的ZY有個鉤子），用外力將細絲緩緩向上拉，拉的高度不是太大時，液膜不會被拉破，這時金屬絲才受到表面張力的作用。拉伸液膜實際上就在增大表面積，增大沿液膜表面的分子間距，從而液體表面將出現(xiàn)與之對抗的表面張力，表面張力實際上就是表面分子間距增大后分子間引力和斥力不再平衡，而產(chǎn)生的凈的引力的合力。由于表面分子間距是在沿液膜方向被拉伸的，故液膜某一處受到的表面張力總是平行于該處的表面，而液膜各處受到的表面張力之和總是豎直指向液體本體，而與外力相平衡（假定勻速拉伸液膜，并忽略金屬絲的重力）。 下面針對你的提問回答。 1 書上說表面水分子受到內(nèi)部水分子的引力比較大，所以合力向下，這個力為表面張力。 這個說法不準確，只是在假定分子均勻分布的情況下，才會出現(xiàn)上述合力。實際上穩(wěn)定狀態(tài)的液面，分子間距通過自發(fā)調(diào)整并不均勻，不存在這個力（處處分子受力平衡，不考慮熱運動的話）。這個合力是使原先假定分子均勻分布，表面積較大的情況下，表面積盡可能縮?。ūM可能小時表面和內(nèi)部均受力平衡）的力，而并非是表面張力本身。引起表面張力的原因是液膜被拉伸（相對于平衡狀態(tài)，表面分子間距增大），水分子脫離受力平衡位置，而受到的不平衡的引力和斥力，即分子間沿液膜方向產(chǎn)生了凈的引力，這個凈的引力的合力才是表面張力。 失重條件下，水會形成球體，以達到Z小表面積和分子間受力平衡的平衡狀態(tài)。已處于平衡狀態(tài)的情況不受到任何的表面張力作用。只有脫離球形，表面分子脫離平衡位置，表面分子間才會出現(xiàn)凈的引力，總的效果即是表面張力。我們通常會說水珠或失重條件下水受到表面張力的作用使之成（近似）呈球體。不能理解為呈球體后仍存在表面張力，應當理解為一旦不是球體就會出現(xiàn)（不平衡的）表面張力，而促使其形成球體。 但是書上說的是表面張力是液面的切線方向，為什么？ 微觀上，液膜表面的相鄰分子間的凈引力方向顯然是該處液面的切線方向，在此附近的分子引力方向近似相同，遠了方向就有明顯不同了。準確地說，每一處的方向就是該處液膜的切線方向。 2 為什么表面水分子合力向下，為什么水分子不沉下去，而是有收縮趨勢 仍不考慮熱運動，平均而言，假定不存在這個向下的合力，分子將在空間均勻分布，而一旦均勻分布的話將存在表面指向本體的合力，表層水分子當然會“沉”下去，不過稍許“沉”下一點點，與下層分子間距減小，兩層間產(chǎn)生凈的斥力，將阻礙表層進一步“下沉”。所謂收縮趨勢，就是說如果可能的話一定體積的水總是傾向于取得Z小表面積，就是球體。但實際上由于重力的作用，大體積的水，不可能形成球體或近似球體，液面只能形成平面。表面分子層（相對理想的均勻分布）會略有下移，側(cè)面積略有減少，達到重力條件下的Z小表面積。 3 假設問題1中的合力向下是水分子和左右兩個分子的吸引力，向著圓左下和圓右下，合力才指向下，這樣的話如果水平面是平的，表面張力平行魚水平面，沒有弧度的話和合力怎么向下 水平面不存在表面張力（在重力存在的條件下，表面積已經(jīng)盡可能小，已經(jīng)受力平衡），只有將表面擴大，例如前面的例子，才會有表面張力。 如有不明歡迎追問。

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