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钢笔为何不能倒着写?圆珠笔笔芯为何不漏水?笔尖中的科学原理

钢笔为何不能倒着写?圆珠笔笔芯为何不漏水?笔尖中的科学原理
2023年11月24日 15:04 新浪网 作者 UFO之家看点号

  钢笔和圆珠笔都是我们经常使用的书写工具,而就是这些常见的书写工具,其中却蕴含着非常有趣的科学原理。

  先来说说钢笔吧,钢笔的原理其实非常简单,就是将墨水灌装在笔胆内,然后墨水就会因为重力的作用而顺着笔尖流出来。这听起来很是简单,但其中也存在着一些并不简单的部分,比如钢笔中的墨水只有在写字的时候才会流出来,为什么不写字的时候不会因为重力的作用而往下滴呢?这就涉及到一个科学名词了:表面张力。

  

  液体的表面就是液体与空气或真空相接处的面,而位于这个面上的水分子与液体内部的水分子是有些不同的。

  在一滴水的内部,每一个水分子都被其余的水分子所包裹着,受到各个方向水分子所施加的作用力。而在水滴的表面,水分子与空气相接处的这一面并没有其它的水分子,这就使得位于表面的水分子要比水滴内部的水分子运动更加活跃,于是就产生了一股能量,称为“表面能”。表面能使得液体的表面出现了一种力,即表面张力,要突破表面就必须要施加一个比表面张力更大的力才可以。

  正是因为表面张力的存在,所以钢笔中的墨水才不会在重力的作用下滴落出来。

  为什么写字的时候,墨水就能流出来了?这是因为纸张是由粗纤维制作而成的,表面存在着很多肉眼不可见的缝隙,这些缝隙会因毛细作用而产生一股吸力,这股吸力要大于液体的表面张力,所以墨水就会被吸出来了。可见钢笔要想写出字,重力和毛细作用一个也不能少,因此要是把钢笔倒过来,笔尖朝上,自然就没有办法持续书写了。

  说完了钢笔,再来说说圆珠笔。

  你有没有想过这样一个问题,为什么圆珠笔的笔芯末端都是开放式的,而里面的笔油既不会自己流出来,也不会被大力甩出来呢?原因很简单,因为这些笔油足够粘稠,这一点相信大多数人都有亲身体会。那么又一个问题出现了,既然圆珠笔的笔油如此粘稠,为什么还能顺滑地流出来进行书写呢?这就涉及到了另一个物理学名词:非牛顿流体。什么是非牛顿流体呢?日常我们所见的大多数液体都是牛顿流体,比如水和油,这类液体不会因为所施加压力的变化而改变自身的粘稠度。

  无论你如何打击、搅拌水或油,它们的粘稠度都是不会发生变化的。

  非牛顿流体就不同了,它们的粘稠度会因为压力的变化而出现改变,最典型的就是淀粉水和口香糖。将淀粉和水按照一定的比例勾兑,它就成为了一个非牛顿流体,如果我们静静地矗立在上面,就会慢慢地陷进去,但如果我们大力在上面跑跳,它就会变得像砖块一样坚硬。嚼过的口香糖也是如此,它捏起来软软的,但如果我们将其捏成一个圆锥状放在椰子上,然后用力一拍,它就能把椰子扎穿。

  淀粉水和口香糖都是一样的,压力越大,粘稠度越大,这种非牛顿流体就被称为“胀塑性非牛顿流体”,除此之外,还有一种与之相对的“假塑性非牛顿流体”。

  圆珠笔笔油就是一种假塑性非牛顿流体,压力越大,它会变得越稀,所以在我们书写的时候,笔尖部分的圆珠转动并搅拌笔油,笔油受到压力瞬间变稀,也是就顺着笔珠流了出来,书写一旦停止,笔油又会瞬间恢复粘稠。除了圆珠笔笔油之外,日常我们经常见到的假塑性非牛顿流体还有一个,就是酸奶,越搅就会越稀,放置一会,还能够恢复。

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