開(kāi)啟今天的魔法之旅前，魔法君先來(lái)和大家一起品一杯葡萄酒。

打開(kāi)一瓶純正的葡萄酒后，優(yōu)雅地斟滿酒杯，然后輕輕地?fù)u晃，均勻地轉(zhuǎn)動(dòng)……

片刻后，酒液會(huì)沿著內(nèi)壁緩緩地流出一道道的酒痕，這現(xiàn)象會(huì)神奇地持續(xù)一段時(shí)間。而這個(gè)現(xiàn)象有一個(gè)更動(dòng)聽(tīng)的名字—“葡萄酒的眼淚”。那么它的形成原因究竟是什么呢？

最早關(guān)注掛杯現(xiàn)象(酒淚)的學(xué)者，是19世紀(jì)的英國(guó)物理學(xué)家詹姆斯?湯姆森(James Thomson），他在1855年發(fā)表論文《在葡萄酒和其它酒類表面觀察到的一些奇特運(yùn)動(dòng)》，初步認(rèn)為掛杯是一種由液體表面張力作用引起的“熱毛細(xì)對(duì)流（Thermocapillary Convection）”。

10年之后，意大利帕維亞大學(xué)的物理學(xué)博士卡羅?馬蘭戈尼(Carlo Marangoni)又發(fā)表一篇論文，進(jìn)一步系統(tǒng)地解釋了這種現(xiàn)象，被學(xué)術(shù)界命名為“馬蘭哥尼效應(yīng)”(Marangoni effect)。由于美國(guó)物理學(xué)家威拉德?吉布斯(Willard Gibbs)后來(lái)進(jìn)一步豐富和發(fā)展了馬蘭戈尼的學(xué)說(shuō)，有時(shí)也稱“吉布斯-馬蘭戈尼效應(yīng)”(Gibbs-Marangonieffect)。那么問(wèn)題來(lái)了，表面張力是個(gè)啥？

魔法君先帶大家感受一下表面張力的存在。

肥皂膜中的表面拉力

動(dòng)圖中的鐵絲本來(lái)同時(shí)受到兩側(cè)肥皂膜的吸引，而當(dāng)一側(cè)的肥皂膜被刺破時(shí)，鐵絲立馬滾向另一側(cè)，而吸引著它滾動(dòng)的正是存在于肥皂膜表面的拉力—表面張力。

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，表面張力是指液面作用于單位長(zhǎng)度分界線的張力。由于這種拉力是描述液體表面發(fā)生的行為，所以我們稱這種拉力為表面張力。

紅色為表面分子，下面為內(nèi)部水分子

在水中，如B所示，內(nèi)部水分子所受鄰近相同分子的作用力是對(duì)稱的,各方向的力相互抵消。但物質(zhì)表面層分子與內(nèi)部分子周?chē)臓顩r不同，水最外層分子會(huì)受到整個(gè)水滴內(nèi)部分子的斥力，而抵消這個(gè)斥力的便是水的表面張力。

表面張力的大小,可用表面張力系數(shù)來(lái)描述。影響表面張力系數(shù)的因素主要有二：一是溫度，溫度越高表面張力系數(shù)越小;二是在液體中加入雜質(zhì)可顯著改變表面張力系數(shù)。

大家一定對(duì)表面張力這個(gè)詞不陌生，因?yàn)槟Хň鲞^(guò)一個(gè)牛奶動(dòng)畫(huà)的實(shí)驗(yàn)，其中的原理解釋便是洗潔精破壞了牛奶的表面張力。可是上一次我們僅僅止步于表面張力這一詞，今天，我們必須扒一扒，洗潔精到底是如何破壞了牛奶的表面張力。

實(shí)驗(yàn)傳送門(mén)：牛奶動(dòng)畫(huà)

由于氫鍵的關(guān)系，液體水之間的相互作用非常強(qiáng)，由于需要打破較強(qiáng)的相互作用，因此它擁有相對(duì)較高的表面張力。

而洗潔精是一種合成洗滌劑，合成洗滌劑的主要成分都是以化學(xué)方法合成的表面活性劑。所謂表面活性劑，就是表面張力很低的一類物質(zhì)。

當(dāng)洗潔精滴入水面后，形成中央一塊表面張力很低區(qū)域，也就是拉力很低的中心區(qū)域，那么和水的表面張力形成的張力差值讓色素牛奶表面中央?yún)^(qū)域迅速被拉往邊緣區(qū)域，這樣我們便看到了翻滾的牛奶動(dòng)畫(huà)。

再來(lái)回到開(kāi)頭提到的酒淚。

酒淚形成示意圖

英文釋義：

Alcohol evaporation:酒精蒸發(fā)

lowest alcohol concentration最低酒精濃度

gravity：重力

酒淚形成于杯壁、葡萄酒和空氣結(jié)合處的彎月面（彎月面在圖示里被夸張放大了）。

我們知道酒精具有揮發(fā)性，葡萄酒中的酒精會(huì)持續(xù)從表面蒸發(fā)，而且蒸發(fā)速率快于水的蒸發(fā)，彎月面中的情況也是如此。因?yàn)轶w積較小，彎月面中酒精濃度的下降更快，所以表面積相對(duì)更大。

因此，這會(huì)在彎月面和葡萄酒與空氣間的平坦接觸表面之間形成濃度差，隨后將造成表面張力梯度（表面張力上大，下小），隨著時(shí)間推移，使彎月面沿著玻璃杯壁向上移動(dòng)。

隨著彎月面開(kāi)始在玻璃杯的壁面形成一層膜，其中的酒精進(jìn)一步揮發(fā)，造成了更大的表面張力梯度。更多的葡萄酒被拉到玻璃杯壁上，直到形成液滴。此時(shí)重力將起作用，酒淚沿玻璃杯壁流回葡萄酒的主體內(nèi)。

模擬正方體形水分子在重力、表面張力、內(nèi)部斥力共同作用下在平衡狀態(tài)趨于球狀

在工程實(shí)踐中,液體自發(fā)收縮成球狀的現(xiàn)象有時(shí)對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是不利的.例如,在噴灑農(nóng)藥時(shí),藥液在液面上收縮成液滴將影響葉片對(duì)農(nóng)藥的吸收,因此必須減小液滴的表面張力使液滴在液面上呈延展分布。而減小液體表面張力最有實(shí)用意義的方法是添加類似于洗潔精的表面活性物質(zhì)。