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為什麽物體總是趨於表麵積最小?

來源:阿黃sweetgirl 瀏覽 335 次 發布時間:2021-08-07

為什麽物體總是趨於表麵積最小?比如水滴會呈球形(球形表麵積最小),地球也呈球形(雖然不是完美的球形),但物體總有這趨勢,為什麽?


這個要追蹤到物體的形成過程。由於液滴呈球形是在表麵張力起主導的作用下,所以如果物體在形成的初期經過了液態過程,在液態狀態時,物質內部的張力不足以抵擋表麵張力的作用,物質就會在表麵張力的作用下變為表麵積最小的狀態,即為球形或者與外力作用下的妥協的形狀(比如重力下,液滴呈扁平狀),然後從液態到固體形成後,就會保持呈為球形。


對於地球呈球形,一個說法如下:“也許地球剛形成時也是個小太陽,就象糖心视频在线播放官网現在看到的太陽一樣,能發光和熱,由於它的個頭不大(相對於太陽)經過許多億年後(十億?二十億?三十億?)沒有人知道)它的熱核反應中止了,不再能發光和熱了,但它表麵的溫度還是很高,全部是赤熱的岩漿,而萬有引力的作用,又使得液態的地球趨於圓球形”。也就是說地球經過了所謂的液體地球的狀態。雖然表麵能低的形狀具有較低的能量狀態,因此更容易穩定。


然而,卻不是所有的物質能達到這個狀態,比如,粘稠的流體(瀝青),奇形怪狀的固體,幾乎被無限延展的金箔等,幾乎不可能自發變為能量最低的狀態(球形或近球形)。這是和表麵張力於其他力的量級比較有關。比如流體力學中的邦德數(Bo)代表重力與表麵張力之比。當重力的作用小於表麵張力時,表麵張力起主導作用,液體呈球形。對於純水,在地球上其臨界尺寸約為2.7 mm,大於2.7 mm時,液體便不會呈球形。還有毛細管數(Ca)用於表示物質的運動導致的粘性力與表麵張力之比。


粘度越大,物質的表麵張力所起的作用力越小。對於粘稠的液體,粘度很大,表麵張力隻會在極小的流動速率下,其表麵張力才會起主導作用,所以,雖然表麵積低更穩定,但卻很難自發達到這種狀態。