探秘倒吊的酒杯

一、问题的提出

甲：上周我在图书馆的一本杂志上看到一篇文章：把装满水的酒杯盖上塑料片，倒置酒杯，塑料片不掉下来，水也不洒出来；如果在塑料片上面贴上挂钩，还可以用一个装满水的酒杯将另一个装满水的酒杯吊起来。你觉得这个是真的吗？

乙：不可能吧？装满水的酒杯，盖上塑料片，酒杯一倒过来，塑料片就掉了，水也洒了呀，咋还能倒吊呢？

甲：那我们去实验室亲自探究一下吧！

二、实验器材

正常酒杯、杯沿有缺口或凸起的酒杯、塑料片、毛玻璃片、吸盘挂钩、脸盆、水。

三、实验过程

实验1：在脸盆里倒入大半盆水，然后把一只正常酒杯放到水中装满水并盖上塑料片，用手压住塑料片的同时把装满水的酒杯迅速拿出水面，可以看到无论从哪个角度将装满水的酒杯倒过来，塑料片都不会掉下来，杯中的水也不会洒出来。

提出新的疑惑：塑料片是软的且质量较小，如果换成硬的且质量较大的毛玻璃片，实验能成功吗？

实验2：将塑料片替换为毛玻璃片，重复实验1的操作，可以看到毛玻璃片也不会掉下来，杯中的水也不会洒出来（如图1）。

实验3：分别在两个塑料片上各贴一个吸盘挂钩，同时在脸盆里倒入大半盆水，然后把两只正常酒杯放到水中装满水并分别盖上带吸盘挂钩的塑料片，再把酒杯迅速拿出水面，放置在实验台上；右手握住任意一个酒杯的底部使其倒立，然后用它的挂钩去钩另一个酒杯的挂钩，并向上提起来，可以看到上面的酒杯将下面的酒杯吊起来了（如图2）。

实验4：将正常酒杯分别替换为杯沿有缺口或凸起的酒杯，用同样的实验方法，可以看到杯口有水流出，倒置酒杯，塑料片掉落到盆中。

图1

图2

四、实验结论

装满水的正常酒杯无论从哪个角度倒过来，塑料片和毛玻璃片都不会掉下来，杯中的水也不会洒出来；在塑料片上加上吸盘挂钩后，用一个酒杯还可以将另一个酒杯吊起来。

五、实验原理

多相体系中相之间存在着界面，习惯上人们仅将气-液、气-固界面称为表面。通常，由于环境不同，处于界面的分子与处于相本体内的分子所受力是不同的。水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为零，但在表面上的一个水分子却不如此。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。

实验1、2和3，将正常酒杯装满水并盖上塑料片或毛玻璃片，因为大气有压力及水有表面张力，使得塑料片或毛玻璃片与杯口完全闭合，与酒杯形成了一个整体，所以把酒杯倒置过来，塑料片或毛玻璃片不掉下来，酒杯中的水也不洒出来。实验4，由于酒杯杯沿上有缺口或凸起，塑料片不能与杯口紧密地结合，故塑料片要掉落，水要流出。