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水滴或許沒(méi)有想的那么弱小 用顯微鏡細(xì)化“滴水穿石”的力量
2022年04月01日 10:55:52
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點(diǎn)擊量：5870
水滴石穿的故事相信大家并不陌生，作為中小學(xué)課本中經(jīng)常出現(xiàn)的一個(gè)成語(yǔ)，常常被用來(lái)形容即便是細(xì)微的力量，只要堅(jiān)持不懈，也能成就難能的功勞。而無(wú)論是從語(yǔ)文的角度，還是從寓言故事的角度來(lái)說(shuō)，這個(gè)詞語(yǔ)都非常正能量。但是，當(dāng)我們從科學(xué)的角度來(lái)看待滴水穿石這個(gè)物理現(xiàn)象，或許水滴并沒(méi)有我們現(xiàn)象的那么弱小。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】水滴石穿的故事相信大家并不陌生，作為中小學(xué)課本中經(jīng)常出現(xiàn)的一個(gè)成語(yǔ)，常常被用來(lái)形容即便是細(xì)微的力量，只要堅(jiān)持不懈，也能成就難能的功勞。而無(wú)論是從語(yǔ)文的角度，還是從寓言故事的角度來(lái)說(shuō)，這個(gè)詞語(yǔ)都非常正能量。但是，當(dāng)我們從科學(xué)的角度來(lái)看待滴水穿石這個(gè)物理現(xiàn)象，或許水滴并沒(méi)有我們現(xiàn)象的那么弱小。
“滴水穿石”從現(xiàn)象上來(lái)看，是緩慢滴落的水滴隨著時(shí)間推移腐蝕石頭表面的過(guò)程，但是問(wèn)題也出在此。在大多數(shù)人眼中，水滴落下的過(guò)程看起來(lái)是柔軟的，即便時(shí)間足夠長(zhǎng)，但是能夠影響到堅(jiān)硬的物體依舊匪夷所思。事實(shí)上，這很大程度上是因?yàn)槲覀兊难劬o(wú)法觀測(cè)到水滴滴落在石頭表面后產(chǎn)生的剪切應(yīng)力和壓力。
什么是剪切應(yīng)力，簡(jiǎn)單地說(shuō)是物體受到外因影響產(chǎn)生變形時(shí)，物體內(nèi)部產(chǎn)生的相互作用的力。初中課本中提過(guò)，物體受到力的作用都會(huì)產(chǎn)生形變，只不過(guò)許多形變非常細(xì)微，我們無(wú)法通過(guò)肉眼直接觀察到這種形變。因此，從這方面來(lái)看，水滴在滴落到石頭上的瞬間會(huì)對(duì)石頭產(chǎn)生一個(gè)壓力，而壓力會(huì)讓石頭產(chǎn)生形變，從而在受力的地方產(chǎn)生內(nèi)力，也就是前文提過(guò)的應(yīng)力。那么這個(gè)力究竟有多大呢？在高速應(yīng)力顯微鏡的幫助下，科學(xué)家們得到了答案。
高速應(yīng)力顯微鏡是一種特殊的應(yīng)力顯微鏡，它可以直接測(cè)量液滴撞擊表面時(shí)下方的力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水滴滴落石頭瞬間產(chǎn)生的應(yīng)力的定量測(cè)量。而在最近的一個(gè)材料學(xué)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，包括“滴水石穿”在內(nèi)，液滴施加的力實(shí)際上并不是集中在液滴中心，而是隨著撞擊液滴擴(kuò)散，并且這個(gè)擴(kuò)散的速度在短時(shí)間內(nèi)可以超過(guò)光速，并因此產(chǎn)生沖擊波刺激堅(jiān)硬物體表面。換言之，當(dāng)水滴不斷地滴落在石頭上時(shí)，石頭其實(shí)一直在承受很大的沖擊力，盡管這種沖擊轉(zhuǎn)瞬即逝。而這也就解釋了，為什么看似柔軟的水滴，長(zhǎng)時(shí)間的作用也能破壞堅(jiān)硬的物體。
那么這項(xiàng)研究就只是證明了液滴的力量嗎？自然也不是。伴隨著液滴沖擊效應(yīng)的定量研究，許多涉及到材料腐蝕的課題都出現(xiàn)了新的發(fā)展方向，例如如何消除液滴滴落在材料后產(chǎn)生的力，而這些研究對(duì)于新材料的發(fā)展有著非常大的意義。當(dāng)然即便如此，有一點(diǎn)還是可以確認(rèn)的，那就是水滴石穿，確實(shí)證明了持之以恒對(duì)于成功的意義頗大。
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