太空中的神奇运动

张萱 郜赛楠 高丽

在天宫课堂第四课中，有一个神奇的实验：航天员们利用裹上干毛巾的乒乓球拍击打水球，完成了一场乒乓球“比赛”。在这一过程中，水球为什么能代替乒乓球呢？为什么在地面上无法开展这项打乒乓水球的运动呢？接下来就让我们一起做对比实验探索一下吧！

概念一点通

浸润与不浸润/亲水与疏水

在描述液体与固体之间的关系时，我们通常会使用浸润性这一概念。具体而言，当某种液体能够润湿某种固体并附着在其表面时，这种现象就称为浸润，这种固体称为亲水。相反，当某种液体无法润湿某种固体，也不会附着在其表面时，这种现象则称为不浸润，这种固体称为疏水。

原理揭秘

通过实验一我们看到，不同溶液在玻璃片上呈现的形状与角度不同——水在玻璃片上呈现为球状水珠，液体边缘切线方向與玻璃片的夹角较大；泡泡水溶液在玻璃片上呈现为一层摊开的水膜，液体边缘与玻璃片的夹角很小。水的表面张力大于泡泡水溶液，所以水的收缩性更强，在同一个界面上呈现了更好的球形状态。这也告诉我们在天宫课堂的“乒乓球”实验中，用其他液体来代替水是不一定成功的，因为不同液体的表面张力大小不一样，所以液体呈现出的形态就会不同。

通过实验二我们看到，水在玻璃片上呈现为扁平球状水珠，缓慢倾斜玻璃片，水珠在玻璃片上滚动后留下了水痕；荷叶上的水滴呈球形，随着荷叶的倾斜，水珠滚动后没留下水痕。玻璃片并不具有明显的浸润或不浸润特性，水珠在表面张力的作用下形成不明显的扁平球状 ，并在重力的作用下下滑荷叶表面具有微米和纳米级的凸起，具有不浸润也就是疏水特性，水滴在荷叶表面形成明显的球形，并且能四处滚动。

在本次太空授课中，航天员利用乒乓球拍直接击打水球时，水球沾到球拍表面，但当航天员将干毛巾覆盖在乒乓球拍上再击打水球时，水球能够完整地弹开。出现这种神奇的效果，既与物体本身的特点有关，也与太空的特殊环境有关。

一方面，太空是微重力环境，水的表面张力可以使水形成球状的形态，外表也不易破裂。另一方面，航天员使用粗糙的干毛巾裹住乒乓球拍，是因为粗糙的表面具有更好的疏水性，能够有效防止水球的粘连。

太空的微重力环境使得水球能在空中飘浮运动。虽然在地球上我们无法完成打乒乓水球的运动，但是就像做实验一和实验二一样，我们完全可以利用生活中的物品来探索液体的表面张力与亲水疏水的现象。

知识拓展

1. 不仅仅是荷叶，很多植物叶片都具有疏水性。例如宋代诗人苏轼在《木兰花令· 次欧公西湖韵》中写“草头秋露流珠滑。三五盈盈还二八”，其中就描述了草叶上圆润的露珠滴落。叶片的疏水特性使得水滴更容易从叶片上滚落而不聚集，水滴快速滚落的过程中也会带走叶片表面的尘土和杂物，实现植物的自清洁。

2. 很多动物也会利用液体的表面张力来行走与飞行。例如蚊子和水黾（mǐn）等利用液体的表面张力作用，可以在水面上行走；蜜蜂的体表有微小的毛发，这些毛发可以吸附花蜜，并且在蜜蜂飞行时产生液体表面张力，使得蜜蜂能够将花蜜顺利地运输回蜂巢。

3. 水表面张力较大，水分子之间过度黏合在一起，不易形成泡泡。通过降低液体的表面张力，可以制作泡泡水吹出稳定的泡泡——用肥皂制作泡泡水，肥皂“打破”了水的表面张力，把表面张力降低到原状况下的1/3，使得泡泡更易形成。

4. 寒冷的冬季，水蒸气遇到较冷的眼镜片容易凝结起雾。大家可以在眼镜片上涂抹亲水制剂，表面的小水滴就会变成平整的水膜，光线不会在多个小水滴表面反射和折射来影响视线。

轻松答题

寒冷的冬季，戴眼镜的同学从室外进入温暖的室内时，眼镜片上会出现雾气，使人看不清晰。在眼镜片上涂抹肥皂水后，这种现象会明显减轻。关于这种现象，以下哪种说法是错误的？（ ）

A. 眼镜片表面产生雾气的原因是空气中的水蒸气遇冷液化而成。

B. 水蒸气在眼镜片表面液化后形成了一个个小水滴，光线在小水滴弯曲的表面反射和折射，使人看不清晰。

C. 肥皂水可以增强眼镜片表面的疏水特性，使得水蒸气形成的小水滴不停留在眼镜片表面，而是快速滑下。

D. 肥皂水可以增强眼镜片表面的亲水特性，使得眼镜片表面形成一层水膜，平整的水膜表面不干扰视线。