長使英雄淚滿襟—漫話潤濕現(xiàn)象及其應(yīng)用

1、長使英雄淚滿襟漫話潤濕現(xiàn)象及其應(yīng)用王 振 東 蜀相祠堂何處尋， 錦官城外柏森森。映階碧草自春色， 隔葉黃鸝空好音。三顧頻煩天下計(jì)， 兩朝開濟(jì)老臣心。出師未捷身先死， 長使英雄淚滿襟。這是杜甫（712770）移居成都，筑草堂于浣花溪，找尋武候詞堂拜謁后所寫的七言律詩蜀相。他到詞堂后，一不觀賞殿宇巍巍，二不瞻仰塑像凜凜，而注意到的是階前的萋萋碧草，葉外黃鸝的數(shù)聲嚦嚦。在這荒涼之境，想到了三顧茅廬的知人善任、始終不渝，兩朝輔佐的鞠躬盡瘁、死而后己，使得詩人不禁老淚縱橫，襟袖濕潤。有詩評(píng)人指出：“長使英雄淚滿襟”的英雄，當(dāng)指包括老杜在內(nèi)的千古仁人志士，為國為民的大智大勇者。這篇以“淚滿襟”的潤濕現(xiàn)象來

2、抒發(fā)情感的七律，使天下后世，凡讀到此詩者，無不為之感動(dòng)。唐宋詩詞作者常以潤濕現(xiàn)象來抒發(fā)別離和思念的感情，有的還引申到美麗景色使身心受到滋潤和浸染，用以展示景色給人心靈以詩意般的感受，如：王勃（約650676）送杜少府之任蜀川詩海內(nèi)存知己，天涯若比鄰。無為在歧路，兒女共沾巾。杜甫哀江頭詩人生有情淚沾臆，江水江花豈終極。孟浩然（689740）與諸子登峴山詩羊公碑尚在，讀罷淚沾襟。劉長卿（？約786）餞別王十一南游詩望君煙水闊，揮手淚沾巾。杜審言（約645708）和晉陵陸丞早春游望詩忽聞歌古調(diào)，歸思欲沾巾。陸游（11251210）新津小宴之明日欲修覺寺以雨不果呈范舍人詩風(fēng)雨長亮話別離，忍著清淚濕燕脂

3、。王維（？761）山中詩荊溪白石出，天寒紅葉稀。山路元無雨，空翠濕人衣。張旭山中留客詩縱使清明無雨色，入云深處亦沾衣辛棄疾（11401207）木蘭花慢·席上送張仲固帥興元詞追亡事，今不見，但山川滿目淚沾衣。這里，濕、沾均是潤濕之意。另外，在唐詩中也有描述不潤濕現(xiàn)象的，如韋應(yīng)物（737約792）詠露珠詩秋荷一滴露，清夜墜玄天；將來玉盤上，不定始知圓。這首五言絕句生動(dòng)地描繪了秋夜由天空掉下的一個(gè)露滴，落到展開的碧綠的荷葉面上，成為晶瑩透亮的水珠，滾來滾去，煞是好看?！安欢ㄊ贾獔A”是說，由于看到露珠在荷葉面上滾來滾去，方知它是圓球形。其實(shí)，秋荷上的露珠也不一是從天空掉下來的，秋天的后半夜空

4、氣濕度大、溫度低，在荷葉上凝結(jié)的露水，也可形成露珠。但由現(xiàn)代科學(xué)來看，韋應(yīng)物這首詩正是描述了一滴露珠在荷葉面上不潤濕的力學(xué)現(xiàn)象。稍后，白居易（772846）也有首七絕暮江吟一道殘陽鋪水中，半江瑟瑟半江紅?？蓱z九月初三夜，露似真珠月似弓。也寫出了露珠在綠草上的不潤濕現(xiàn)象，系詩人于822年赴任杭州刺史途中所寫。他選取了在紅日西沉的黃昏和一彎新月的夜晚兩組景物，生動(dòng)地描繪了所觀察到的力學(xué)現(xiàn)象。前兩句描繪了殘陽中水面皺起的波動(dòng)；接近地平線的“殘陽”，幾乎貼著地面照射過來，像是鋪在江上；而暮江水緩緩流動(dòng)，江面上細(xì)波粼粼，波紋受光多的部分，呈現(xiàn)一片紅色；受光少的部分，呈現(xiàn)出如同青玉般的深碧色。后兩句描繪了

5、新月下，露珠在江邊綠草上因不潤濕而形成的奇特現(xiàn)象：九月初三夜十分可愛，當(dāng)初月升起，涼露下降的時(shí)候，江邊草地的綠草上因?yàn)椴粷櫇穸鴴鞚M了晶瑩的露珠；在弓也似的一彎新月的清輝下，圓潤的露珠閃爍著光澤，就像是鑲嵌在上面的粒粒真珠（珍珠）一樣。露似真珠潤濕與不潤濕的現(xiàn)象液體對(duì)固體的潤濕，是指液體與固體接觸時(shí)，沿固體表面擴(kuò)展的現(xiàn)象。將一滴液體，放在一均勻平滑的固體表面上，會(huì)產(chǎn)生兩種情況：一種是液體完全展開覆蓋固體表面；另一種是液滴與固體表面形成一定角度仍留在固體表面上。這個(gè)在固、液、氣三相交界處，自固液界面經(jīng)過液體內(nèi)部到氣液界面之間的夾角稱為接觸角，通常以表示。接觸角的大小可以反映液體對(duì)固體表面的潤濕情況

6、。接觸角越小，潤濕得越好。習(xí)慣上將液體在固體表面上的接觸角90°時(shí)定義為潤濕與否的界線。90°時(shí)為不潤濕，90°則為潤濕。水與潔凈玻璃的0，為完全潤濕；水銀與玻璃的138°，所以水銀在玻璃上收縮成球形。杜甫、孟浩然、陸游、王勃、王維、辛棄疾等人的詩詞涉及的是潤濕，而韋應(yīng)物、白居易的詩，則涉及的是不潤濕。接觸角示意圖古人對(duì)潤濕的作用早有認(rèn)識(shí)。這可以追溯到漢代淮南王劉安（公元前179前122）等撰寫的淮南子。它所表述的道家自然天道觀中就有“山云蒸，柱礎(chǔ)潤”之說。后來宋代蘇東坡之父蘇洵（10091066）在辨奸論中說“月暈而風(fēng)，礎(chǔ)潤而雨”，己明確將礎(chǔ)石由于潤濕

7、出現(xiàn)的潮濕，作為將要下雨的征兆。在自然界、工程技術(shù)和日常生活中，液體對(duì)固體的潤濕和不潤濕現(xiàn)象都有重要的意義和作用。彩色感光材料和錄音、錄像磁帶在生產(chǎn)過程中，都要將配制好的感光材料涂液或磁漿，又快又均勻地涂布到固體薄片基上，然后再干燥、裁切、整理包裝成產(chǎn)品。能不能又快又均勻地涂上去，就與所涂液體能否在固體薄片基（現(xiàn)通常是采用滌綸薄膜片基）上潤濕，并能迅速鋪展開來密切相關(guān)。現(xiàn)在比較講究的印刷紙張表面要加上一層薄薄的涂料，其涂布過程也要考慮涂液對(duì)紙基需要有好的潤濕性能。在印刷過程中，要又快又好地印出多彩的圖案來，各種油墨對(duì)紙張也要有好的潤濕性能。即使在日常生活中，墻壁的刷漿、家具的刷漆，均都有類似的

8、需要潤濕性能好的問題。 生活中有時(shí)也希望應(yīng)用不潤濕的現(xiàn)象。幾乎所有的防水用品，都希望水對(duì)其不潤濕。例如風(fēng)雨衣、雨傘的面布，就希望雨水打到上面后完全不潤濕，形成水珠落下。葉上的水珠花辮上的水珠水珠在毛毛蟲身上的不潤濕蜻蜓身上的水珠 據(jù)報(bào)道，法國有人看到郁金香花瓣的表面粗糙不平，上面有許多仿佛人汗毛形狀的物質(zhì)，當(dāng)水滴到郁金香花瓣上，因不潤濕而保持圓珠狀，并自己滑走；從而試圖把這原理嫁接到汽車的擋風(fēng)玻璃上，將玻璃表面處理成郁金香花瓣表面那樣，使水不潤濕。當(dāng)雨水落在這種經(jīng)過改造的擋風(fēng)玻璃上，會(huì)保持圓珠狀，當(dāng)汽車在行駛時(shí)，由于風(fēng)速和重力的原因，雨滴會(huì)自動(dòng)滑走。如果這一技術(shù)成功，汽車的雨刷將成為擺設(shè)。其實(shí)

9、從一千多年前韋應(yīng)物和白居易的詩，我們也應(yīng)可以得到啟發(fā)，仿照荷葉面或小草表面來改造玻璃面，使雨水完全不潤濕，也可以達(dá)到雨滴從汽車擋風(fēng)玻璃上自動(dòng)滑走的目的?；ㄖl上水珠的不潤濕花朵上的水珠若將一滴液體放到另種與它不相混溶的液體表面上，則也有潤濕與否（亦稱能否鋪展）的現(xiàn)象?？赡馨l(fā)生以下情況：（1）一種液體（例如油）在另一種液體（例如水）表面上不鋪展，形成漂浮的油滴式“透鏡”；（2）一種液體在另一種液體表面上展開形成雙重膜，此膜有相當(dāng)?shù)暮穸龋纬梢?液2、液1空氣兩個(gè)界面；（3）一種液體在另一種液體上展開，形成一單分子膜。黏性指進(jìn)示意圖這種液體與另一種和它不相溶的液體之間潤濕與否的現(xiàn)象，與發(fā)展先進(jìn)的石

10、油采油技術(shù)密切相關(guān)。儲(chǔ)存在地下石灰?guī)r及其他多孔介質(zhì)中的原油，經(jīng)過噴出（稱為一次采油）、抽油機(jī)抽出（稱為二次采油，即平時(shí)所常見的“磕頭機(jī)”抽油）之后，幾乎還有一半的石油仍粘附在孔隙中，沒有被采出。為迫使這些原油流出，就要在采油井附近再打另一口井，將水（或其他高分子液體）從這口井加壓注入，迫使粘附在孔隙中的石油流向采油井再抽出（稱為三次采油）。現(xiàn)代科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，將水加壓注入高黏性液體中時(shí)，水是按照具有很多細(xì)小、且高度分枝的線段組成的珊瑚狀分形結(jié)構(gòu)前進(jìn)的，稱為黏性指進(jìn)（viscous fingering）。黏性指進(jìn)限制了三次采油的效率。因?yàn)楫?dāng)水的細(xì)指如果由于潤濕性能不合適，而從注水井到采油井這段距離

11、破裂時(shí)，就有可能從采油井采出的將是注入的水，而不是油，或者水多油少，實(shí)際上在油田經(jīng)常發(fā)生這種情況。因此必須在研究黏性指進(jìn)時(shí)，考慮潤濕的因素，才能找到控制它們的方法，以發(fā)展先進(jìn)有效的采油技術(shù)。潤濕過程與表面張力潤濕過程大體可分為沾濕、浸濕和鋪展三類，每一類過程都有定量的公式。用它可判斷這一過程能否自發(fā)（或自動(dòng)）進(jìn)行。沾濕是指液體與固體接觸，變液氣界面、固氣界面為固液界面的過程。液體對(duì)固體的沾濕能力可用黏附功表示， （1）式中是液體的表面張力，是液體在固體表面上的接觸角。（1）式稱為楊氏潤濕方程。根據(jù)熱力學(xué)，在等溫等壓的條件下，的過程為天然過程的方向，這就是沾濕過程自發(fā)進(jìn)行的條件。浸濕是指固體浸入

12、液體的過程，即變固氣界面為固液界面的過程。液體表面在此過程中沒有變化。浸濕的能力用浸濕功表示 （2）若 ，則浸濕過程可以自發(fā)進(jìn)行。鋪展是一種液體在另一種液體表面上展開的過程。其能力可用鋪展系數(shù)來判斷 （3）式中 ，分別是液體1和液體2的表面張力，是液體1、2間的界面張力。若 ，則液體1能在液體2表面上自動(dòng)展開。式（1）（3）均涉及到液體的表面張力，那么什么是表面張力，它與潤濕現(xiàn)象有什么關(guān)系呢？表面張力是指垂直地通過液體表面上任一單位孤元，并沿著與液面相切方向的收縮表面的力，以毫牛頓米為單位，通常用表示。液體表面的基本特性是傾向于收縮，即總是盡可能取最小的表面積。一切容積相等的形狀中，以球形的表

13、面積為最小，因此小量水銀和露珠會(huì)趨向球形，肥皂膜會(huì)自動(dòng)收縮成滴。這就是韋應(yīng)物、白居易詩中露珠成球形的原因。毛細(xì)現(xiàn)象示意圖表面張力與潤濕現(xiàn)象的聯(lián)合作用，形成了毛細(xì)現(xiàn)象。毛細(xì)現(xiàn)象是指將內(nèi)徑很小的管子（毛細(xì)管）插入液體中，管內(nèi)外液面產(chǎn)生高度差的現(xiàn)象。當(dāng)液體與構(gòu)成毛細(xì)管的固體材料潤濕時(shí)，管中液面升高并呈凹狀；當(dāng)液體與毛細(xì)管材料不潤濕時(shí)，管中液面下降并呈凸形。毛細(xì)現(xiàn)象在科學(xué)技術(shù)和日常生活中經(jīng)?？梢砸姷?。含有許多毛細(xì)管的“上水石”，可作為盆景中的假山，它正是靠水因毛細(xì)作用上升的現(xiàn)象，使假山上的植物獲得水分。植物所以能夠通過根和莖將土壤中的水和養(yǎng)分吸收到自己機(jī)體中來，其重要原因也是憑借機(jī)體中的毛細(xì)管和毛細(xì)作

14、用。土壤里有很多毛細(xì)管，地下的水分沿著這些毛細(xì)管上升到地面上來，如果要保存地下的水分，就要鋤松地面的土壤“保墑”，以破壞土壤表層的毛細(xì)管，減少水分的蒸發(fā)。潤滑油通過孔隙進(jìn)入機(jī)器部件中去潤滑機(jī)器，靠的也是毛細(xì)現(xiàn)象。大量多孔性的固體材料，如紙張、紡織品、粉筆、海綿、磚塊等能夠吸水，是因?yàn)樗軡櫇襁@些多孔性物質(zhì)，從而產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象。“山云蒸，柱礎(chǔ)潤”，“礎(chǔ)潤而雨”，礎(chǔ)石是多孔性材料，也正是因空氣中所含大量水分，由毛細(xì)現(xiàn)象使礎(chǔ)石潮濕，從而可以作為空氣濕度大，將要下雨的預(yù)示。既然表面張力和潤濕與否密切相關(guān)，那么有沒有辦法通過加合適的化合物，使液體的表面張力改變，從而改變液體對(duì)固體的潤濕性能呢？科學(xué)研究表明，確有這樣的化合物能在很低濃度時(shí)，就可顯著降低液體的表面張