人无法在水上行走的原因是显而易见的:人类太大,以至于重力超过了水面张力,于是我们沉下去了。
但对于微小的生物来说,水分子粘附在一起产生的张力却成了它们的优势,使昆虫和其他小动物能够毫不费力地行走在池塘和其他液体的表面上。
长期以来,大多数生物学家忽视了空气与水的接触面,但越来越多的研究揭示接触面——自身表面张力——塑造了很多的生活世界。
以水黾为例,利用燃料和高速影像,研究人员已经了解到这种长腿昆虫是如何轻松地在池塘表面溜冰的:在水面大力“划船”,水黾创造漩涡来帮助前行的同时还能够做到不破坏水面。将视频速度放慢20倍再观察,会发现它们甚至能在不穿透水面的情况下完成起飞和降落。
而表面张力与重力的关系还直接影响到动物尿尿。对于大型动物来说,尿液储存在身体足够大的管体里,因此表面张力没有那么重要,因为尿液会不断涌出;但对于老鼠和其他身型较小的动物来说则不同,它们的尿液储存在微小的泌尿管中并且一滴滴掉落,最后一滴甚至能够逗留10分钟后才能掉落下来。
物理学家有一种思路便于人们理解表面张力是如何发生的:粘附的水分子试图尽量减少与其他类型分子的连接。因此当一些事物使水面变形,移位的水分子就会转回到最小能量构型,除非入侵者自身吸收水分子。在这种情况下水分子粘附在一起就像胶水一样。
《科学新闻》 (科学新闻2014年3月刊 科学·此刻)