水往高处流

席金合

常言道：人往高处走，水往低处流。放眼大自然，河水向下游流动，瀑布向低处飞泻，雨水也是从高空向地面下落……然而，2022年10月12日，“神舟十四号”航天员在太空实验课中，竟然神奇地演示了“水往高处流”的一幕，差点让人惊掉下巴！

在中国空间站的问天实验舱里，航天员陈冬把3根粗细不同的透明塑料管，同时竖立在玻璃槽中，玻璃槽里盛满被染黄的水。只见橙黄色的水在管内不断升至管顶，最细的管子液面上升较快。为什么会出现这种奇怪现象呢？

要回答这个问题，必须弄清物质微观世界的一些情况。

一切物质都由自身的最小微粒组成，这种肉眼无法看见的微粒叫分子，分子之间存在引力和斥力，这两种力的作用都很小，人们一般察觉不到。当分子相距较近时，主要表现为斥力，相距较远时，引力占上风。通常，液体表面分子比内部分子排列得稀疏，间距较大，所以液面分子之间的相互作用表现为引力。

另外，液体内部每个分子与周围的分子互相作用达成平衡，每个分子受到的作用互相抵消为零；而液面分子受空气分子的吸引极小，可以忽略掉，所以可视为只受内部分子吸引。

不管是液面分子之间的相互吸引力，还是内部分子对液面分子的吸引力，都作用于液体表面，共同把液面分子向一起拉，使液体表面积收缩，这种收缩力叫液面张力，就如同被拉长的弹簧会反向收缩一样。由于液面张力的存在，液面分子手拉手、肩靠肩形成了覆盖整个水面的浮桥，让水黾（miǎn）等小昆虫能够来去自如地在水面奔跑。

明白了这些道理，我们回过头来再看上述实验。

当塑料管插入水中后，水随之进入管中，这时水分子与塑料分子相吸引，于是水很快攀附在内壁上，使水面形成开口向上的月牙形。同时，受液面张力作用，边缘水面给中间水面一个向上拉扯作用，使水面趋于水平，接着边缘的水又向上攀附，水面又出现月牙形，中间水面再次被向上拉扯。就这样，管内的水柱克服地心引力不断上升，直到水柱上升力与地心引力平衡时，水面上升停止。这就是毛细效应，又叫毛细现象或毛细作用。

由于细管内向管壁攀附的水相比整个水柱要多，产生的拉扯较大，并且中间那部分水柱的质量较小，容易被拉扯着上升，而粗管内的情况正好与此相反，所以细管中的水比粗管中的水上升得快，液面能达到的高度也比粗管的高，即毛细作用更明显。

相比地面实验，在太空几乎没有重力束缚，液面张力作用更为明显，这就是液体在太空中能快速升至管顶的原因。此外，每种液体的分子之间相互作用力不同，每种液体分子与每种固体分子之间的相互作用力也不同，所以毛细效应的强弱取决于液体种类和管子材质。

这样看来，液体能自行爬到高处，这可是件大好事！对此，朋友们浮想联翩，比如利用毛细效应来提水，农田灌溉就无需抽水机，再比如利用水位差发电，能够节能。这里要遗憾地告诉大家，这些想法都行不通。尽管看起来水不是被动力装置送上去的，但始终受到管壁的吸附作用，并在液面张力的及时配合下，沿着管子上升。说到底，水是被管壁吸上去的。既然管子能把水吸到那么高，就有能力吸住不放，因此当水面上升到一定高度停止后，始终被管子吸附着，即使在液面以下管壁的任一處扎个眼，水也不会从中流出来，如果流出一点儿，也还是被吸附在外壁上，不会脱离管子流淌。

毛细效应虽不是“天上掉馅儿饼”的美事，但能为我所用。人类制造的航空器发动机燃料箱、高空热管等，就利用了这种原理。类似的实例在生活中更是屡见不鲜，我们常用的蜡烛，芯线的棉丝交织在一起构成毛细管，让熔化的蜡液自行抵达火苗燃烧；还有手巾纸吸汗、粉笔吸墨水都属于毛细效应。

自然界所有植物生长都离不开毛细效应。漫步在丛林，仰望参天大树，树冠所需的水分和营养，就是通过毛细效应，从地下根系沿木质纤维的细微缝隙输送到十几米高的树顶。

不过，有些毛细效应有害。建房时，夯实的地基中毛细管纵横交错，会把地下水分送到室内，对此，地基下面必须铺上防水层，防止毛细效应造成潮湿。

毛细效应对农业生产影响很大。通常，地下水从土壤的毛细管上到地面散失掉，对保墒不利，应当通过锄地或犁地，破坏地表层的毛细管，减少水分蒸发。