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水滴或許沒有想的那么弱小 用顯微鏡細化“滴水穿石”的力量
2022年04月01日 10:55:52
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點擊量：5982
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)的一個成語，常常被用來形容即便是細微的力量，只要堅持不懈，也能成就難能的功勞。而無論是從語文的角度，還是從寓言故事的角度來說，這個詞語都非常正能量。但是，當(dāng)我們從科學(xué)的角度來看待滴水穿石這個物理現(xiàn)象，或許水滴并沒有我們現(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)的一個成語，常常被用來形容即便是細微的力量，只要堅持不懈，也能成就難能的功勞。而無論是從語文的角度，還是從寓言故事的角度來說，這個詞語都非常正能量。但是，當(dāng)我們從科學(xué)的角度來看待滴水穿石這個物理現(xiàn)象，或許水滴并沒有我們現(xiàn)象的那么弱小。
“滴水穿石”從現(xiàn)象上來看，是緩慢滴落的水滴隨著時間推移腐蝕石頭表面的過程，但是問題也出在此。在大多數(shù)人眼中，水滴落下的過程看起來是柔軟的，即便時間足夠長，但是能夠影響到堅硬的物體依舊匪夷所思。事實上，這很大程度上是因為我們的眼睛無法觀測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，簡單地說是物體受到外因影響產(chǎn)生變形時，物體內(nèi)部產(chǎn)生的相互作用的力。初中課本中提過，物體受到力的作用都會產(chǎn)生形變，只不過許多形變非常細微，我們無法通過肉眼直接觀察到這種形變。因此，從這方面來看，水滴在滴落到石頭上的瞬間會對石頭產(chǎn)生一個壓力，而壓力會讓石頭產(chǎn)生形變，從而在受力的地方產(chǎn)生內(nèi)力，也就是前文提過的應(yīng)力。那么這個力究竟有多大呢？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，它可以直接測量液滴撞擊表面時下方的力，從而實現(xiàn)對水滴滴落石頭瞬間產(chǎn)生的應(yīng)力的定量測量。而在最近的一個材料學(xué)實驗中發(fā)現(xiàn)，包括“滴水石穿”在內(nèi)，液滴施加的力實際上并不是集中在液滴中心，而是隨著撞擊液滴擴散，并且這個擴散的速度在短時間內(nèi)可以超過光速，并因此產(chǎn)生沖擊波刺激堅硬物體表面。換言之，當(dāng)水滴不斷地滴落在石頭上時，石頭其實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，長時間的作用也能破壞堅硬的物體。
那么這項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，有一點還是可以確認(rèn)的，那就是水滴石穿，確實證明了持之以恒對于成功的意義頗大。
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