水滴漂浮在水面上可能是你听过的最奇怪的事情之一|一滴水背后的科学，远比你想得复杂，如何利用它来研究量子力学？水滴漂浮在水面上可能是你听

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水滴漂浮在水面上可能是你听过的最奇怪的事情之一，但这并不像它听起来那么奇怪，事实上，这种现象一直在发生！从落在水坑上的雨滴到你在读这篇文章时可能正在喝的咖啡。

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看起来水本身是疏水性的！但这怎么可能呢？如果你做过这方面的实验，你一定注意到，当溶液中含有肥皂或洗涤剂时，更容易产生这种现象。肯定有什么内部机制被忽视了。
当一滴液体落在同一液体的表面时，可以想象，它会立刻溶入液体中。但在某些条件下，这些水滴会在水面上漂浮了一段时间后才溶入到大的液体中。由于这种现象出乎意料地普遍，著名的物理学家，包括雷诺兹（Reynolds）、马哈詹（Mahajan）、哈兹勒赫斯特和内维尔（HazlehurstandNeville）都提出了解释这种奇怪现象的假说。但在当时，判定一个特定的假设是不可能的。
现在，科学家们已经能够想出一个相当简单的想法来解释它！让我们一起看看。

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图一

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图二
水滴不会立即溶合，而是在原地弹跳一段时间，称为停留时间（residencetime），然后形成水桥（Ω状的，里面是空气）并溶合。科学家们认为，图一所示的被困空气的速度，随着水面的弯曲而减缓，其张力像橡皮筋一样，将水滴回推，水滴速度因此降低，这就是原因所在。当空气在反弹后慢慢渗出并降低水球的速度时，两个表面真的接触了，迅速形成了我们在图二中的水桥。尽管这一理论最初被一些科学家如马哈詹所反对，但在广泛的研究下，它已被证实。美国国立卫生研究院（NationalInstitutesofHealth）发表的一篇研究论文通过降低实验周围的压力来验证这一理论，这导致了更短的停留时间。

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虽然空气起到缓冲作用的想法听起来很荒谬，但它实际上可以用一个类似的实验来证明。在水面下安装一个扬声器以制造驻波，可以帮助我们更深层次地理解这个问题。当水滴落在水面上的驻波上时，可能会发生两种情况（从广义上讲），它可能落在：
波峰，即水面的凸起部分，
或波谷，即凹陷部分。
当它落在波谷上时，由于张力的作用，水面被向后拉。这就像水面正好接住了水滴。

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水滴被波谷减速（"接住"）的情况
这里有一个例子可以帮助你更好地理解它。如果你要接住一个水球，你会怎么做？你会试着把你的手向后拉，以配合水球的速度，这样它就不会爆裂，对吗？这正是这里发生的事情，当表面向下形成一个波谷时，它的速度几乎与水滴下落的速度一致，产生了碰撞动能（在碰撞中由于运动而产生的能量），这可以通过这个方程式来计算：

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由于水滴的速度几乎与水面的速度相匹配，而且它们的方向相同（即水滴落入波谷），方程中的第三项接近于零，导致CKE值降低，不能将捕获的空气压缩到离水面100纳米的距离，这是溶合所需的最小距离，但如果水滴落在顶部：