水气球撞上钉板,会发生什么


  把装满水的气球扔到整齐排列着钉子的木板上会发生什么?气球破掉、水花四溅?这可不一定。事实上,在合适的条件下,水气球可以从钉板上完好无损地蹦起来。这是怎么回事?
  其实,这是在重现一种独特的流体力学现象,它被称为“薄饼弹跳”(pan-cakebounce)。这种现象最初是在超疏水表面上观察到的。
  说到疏水材料,许多人会首先想到荷叶。荷叶表面覆盖着蜡质,同时又有很多刷子状的微观凸起结构,因此它与水很不亲和。科学家们制作人工的超疏水材料也是采取了这样的思路,超疏水材料对水滴是如此“拒绝”,水滴落在上面是不但不会润湿表面,还会在表面上弹跳,就像是蹦床上的运动员一样。
  如果仔细观察这些弹跳的小水滴,一般会看到它们在撞上疏水表面之后先是被“压扁”,然后再逐渐回缩,恢复原来的形状,再从表面上弹起来。但是,在特定情况下,小水滴却会以截然不同的状态蹦起来——它们在腾空时依然保持着被“压扁”的样子,这就是“薄饼弹跳”(pancakebounce)了。
  进一步的研究显示,下落的水球之所以会出现“薄饼弹跳”,是因为钉板具有空隙(超疏水表面的凸起也是如此)。当水球撞击钉板时,它会部分陷入钉子阵列中,并在气球膜的作用下受到回缩的弹力(对于水滴而言,则是表面张力)。随后,气球迅速被反弹回去,整个水球就像是受到弹簧的弹力一样,“圆饼”形状还没来得及恢复就整个腾空而起了。
  不过要注意:这个实验并非总能成功。研究者表示,超过1.5米的下落就会让水球破裂,钉子太少或是气球膜不均匀时,气球也可能会破掉。小心不要弄得一身水哦。

(漫科普)