微力无边:神奇的毛细和浸润现象

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出版者:清华大学出版社
作者:刘建林
出品人:
页数:270
译者:
出版时间:2016-7-1
价格:39.00元
装帧:平装
isbn号码:9787302434542
丛书系列:
图书标签:
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具体描述

iphone7手机防水是如何做到的呢?

一根钢针为何能够浮在水面上?

荷花叶子为何能够出淤泥而不染?

往盛满水的杯口继续加水而水为何不溢出?

雨后蜘蛛网上为何留下一串串晶莹的水珠?

蝉为何可以在雨中自如地飞行而不怕淋湿翅膀?

蚂蚁为何会自行聚团从而安然度过洪灾?

所有这些有趣而奇特的现象是如何发生的?又是如何启发人类“向自然学习”而进行仿生设计的?

《微力无边:神奇的毛细和浸润现象》由原点阅读出品。

原点阅读(The Origin)(微信号:ydreadtup),清华大学出版社旗下的图书品牌,秉承“科学,让个人更智慧,让社会更理性”的理念,致力于科学普及和科技文化类图书的出版,传播科学知识、科学精神、科学方法,展现科学的真实、独立、智慧、多变、宽容、动人及迷人。

在日常生活中,我们经常会对这些司空见惯的现象产生疑问:一根钢针为何能够浮

在水面上?荷花叶子为何能够出淤泥而不染?往盛满水的杯口继续加水而水为何不溢出?雨后蜘蛛网上为何留下一串串晶莹的水珠?蝉为何可以在雨中自如地飞行而不怕淋湿翅膀?蚂蚁为何会自行聚团从而安然度过洪灾?所有这些有趣而奇特的现象是如何发生的?又是如何启发人类“向自然学习”而进行仿生设计的?这些新奇的现象都是与毛细和浸润现象息息相关的,它们都涉及到一个关键词,即液体的表面张力。

从日常生活到自然界,再到工农业生产,毛细现象和表面浸润行为真可谓无处不在。通过深入研究而揭示表面张力的作用机制对于我们理解和把握这些浸润现象至关重要,这可以为新型结构和材料的仿生设计奠定理论基础。实际上,自然界中各种各样的毛细和浸润现象启发了人类的灵感,使我们通过“向自然学习”,进而可以仿生、制造出很多新产品,从而产生了表面仿生学这一前沿交叉学科。通过研究毛细和浸润现象,我们可以恰当地配置农药和涂料、合理地进行矿物浮选、制备不沾水和不沾油的材料、研制微小的船舶、合理设计微机电系统的构件、通过表面活性剂进行化学驱油等。

本书的一个重要特点是摒弃了复杂的数学公式和方程描述,通篇只采用了几个必要的简单公式以辅助读者进行理解,其目的是为了通过通俗易懂的语言阐明相对复杂的物理现象的机理。因此,我们相信具有高中以上文化程度的读者均可以毫无障碍地阅读本书。此外,本书也可作为有志于研究固体力学、物理学、仿生学、微纳米材料等领域的研究人员的研究素材。

微力无边:神奇的毛细和浸润现象 你是否曾好奇,为何雨滴能在叶片上滚动,而不是完全摊开?为何纤细的植物根系能够将水分源源不断地输送到高耸的枝叶?又或者,为何吸墨纸能迅速将墨水吸入,而丝巾却能迅速晾干?这些看似寻常的现象背后,隐藏着一股强大而精妙的力量——毛细现象和浸润现象。 本书《微力无边:神奇的毛细和浸润现象》将带你踏上一段探索微观世界奥秘的迷人旅程。我们将深入剖析这两种看似简单却至关重要的物理现象,揭示它们如何深刻地影响着我们周围的世界,从自然界的鬼斧神工到人类科技的飞速发展,无不闪耀着它们的身影。 什么是毛细现象? 毛细现象,顾名思义,是指液体在细管状物内侧,由于内聚力与附着力的共同作用,而产生的超越重力的上升或下降现象。想象一下,将一根细小的玻璃管插入一杯水中,你会惊喜地发现,水面在玻璃管内会比外部的水面高出一截。这就是毛细现象在作祟。 本书将从分子的角度出发,为您娓娓道来液体分子的相互作用力——内聚力和附着力。我们将详细解释,当液体接触到固体表面时,如果液体分子与固体表面的吸引力(附着力)大于液体分子之间的吸引力(内聚力),液体就会“爬”上固体表面,在细管中上升;反之,如果附着力小于内聚力,液体则会在细管中下降,形成负的毛细现象。 我们还将探讨影响毛细现象的诸多因素,例如: 液体本身的性质: 表面张力、粘度等都扮演着关键角色。 管材的性质: 固体表面的材质、粗糙度以及对液体的亲疏程度(即浸润性)直接决定了液体能否在其中攀附。 管子的直径: 这是毛细现象最直观的体现之一。管子越细,液体上升的高度越高,反之则越低。本书将通过严谨的数学公式和生动的图示,清晰地展现这种关系。 什么是浸润现象? 浸润现象,也称为润湿,是指液体在固体表面上铺展或收缩的能力。它描述的是液体与固体表面之间的相互作用。当一滴水落在荷叶上,形成晶莹的水珠,这便是水珠没有很好地“浸润”荷叶表面的表现。而当油滴落在某些表面上时,会迅速散开,说明油滴与该表面具有良好的浸润性。 本书将深入探究浸润现象的微观机制,重点介绍以下几个核心概念: 接触角: 这是衡量浸润程度的重要指标。接触角越小,液体在固体表面铺展得越好,浸润性越强;接触角越大,液体则倾向于收缩成水珠状,浸润性越弱。我们将通过生动的实验演示和精确的图解,帮助您理解接触角是如何形成的,以及如何测量它。 表面张力与固体表面能: 液体与固体表面之间的相互作用,本质上是能量的平衡过程。本书将解释表面张力如何驱动液体自身的聚集,而固体表面能则决定了固体表面吸引或排斥液体的能力,两者共同决定了浸润的程度。 疏水性与亲水性: 我们可以通过改变固体表面的化学性质或物理结构,来赋予其疏水性(不湿润)或亲水性(易湿润)。本书将介绍一些常见的疏水材料(如防水涂层)和亲水材料,并探讨它们在实际应用中的价值。 毛细现象与浸润现象的奇妙结合与广泛应用 毛细现象和浸润现象并非孤立存在,它们常常相互关联,共同作用,在自然界和人类社会中扮演着不可或缺的角色。 在自然界: 植物的生命之源: 根系吸水、水分向上输送,都离不开毛细作用。土壤颗粒之间的缝隙就像无数细小的毛细管,将水分源源不断地供给植物。 生物体的生理过程: 血液在细小的毛细血管中流动,维持着生命的运转;细胞膜的渗透作用,也与分子的浸润和传输息息相关。 地质与水文: 地下水的运动、土壤的渗透性,都受到毛细现象的深刻影响。 大气现象: 云的形成、雨滴的凝结,也与水蒸气的凝集和液体的表面张力有关。 在科技与工业领域: 材料科学: 织物的吸湿性、纸张的吸墨性、滤膜的过滤性能,都与毛细现象和浸润现象密切相关。本书将探讨如何通过调控材料的微观结构和表面性质,来优化这些性能。 医疗健康: 药物的递送、诊断试剂的检测,都大量利用了毛细现象的输运能力。例如,家用血糖仪就巧妙地利用了毛细作用将血液吸入检测区域。 能源技术: 燃料电池的运作、太阳能电池板的清洁,都涉及流体在微结构中的传输和分布。 日常生活: 吸尘器的工作原理、清洁用品的去污能力、烹饪过程中的油烟扩散,都或多或少地与这些现象有关。 本书的特色: 《微力无边:神奇的毛细和浸润现象》不仅是一本科普读物,更是一次深度探索。本书的亮点在于: 通俗易懂的讲解: 尽管涉及物理学原理,但我们将以最生动、最形象的语言进行阐述,避免枯燥的公式堆砌,力求让每一个读者都能轻松理解。 丰富的实例: 我们将从日常生活中提取大量鲜活的案例,让读者感受到这些看似抽象的科学原理就在我们身边。 精美的插图与图示: 为了更好地展示微观世界的细节,本书配备了大量高质量的插图、示意图和照片,帮助读者直观地理解复杂的概念。 科学的严谨性: 在通俗易懂的基础上,本书也力求保持科学的严谨性,介绍相关的理论模型和实验证据,为深入研究的读者提供基础。 前沿的视角: 除了基础原理,我们还将触及一些当前科学研究的热点,例如仿生学在超疏水材料设计中的应用,微流控技术等,展现这些基础现象在现代科技中的无限潜力。 阅读《微力无边:神奇的毛细和浸润现象》,你将不再只是一个被动观察者,而是能够洞悉自然界和人造世界运作规律的探索者。你将学会用全新的视角去审视周围的一切,理解那些曾经被忽略的细微之处,所蕴含的强大力量。准备好迎接这场关于微观世界的神奇之旅吧!

作者简介

刘建林,男,1977年生于青岛。2008年1月于清华大学航天航空学院获得博士学位,现任中国石油大学(华东)工程力学系教授、博士生导师。主要研究内容包括表界面力学、仿生力学、软物质力学等。已发表的学术论文被SCI收录40余篇。

目录信息

第1章 神奇的毛细和浸润
1.1 表面浸润现象
1.2 表面张力——绷在液体表面的薄膜力
1.3 曲率
1.4 光滑表面上的接触角
1.5 毛细现象
1.6 有趣的尺寸效应
1.7 粗糙固体表面上的接触角
第2章 植物隐藏的魔力
2.1 莲花效应
2.2 亲水基底上产生超疏水状态的秘密
2.3 参天大树能够长多高
第3章 成功驾驭毛细力的智慧小动物
3.1 池塘里的溜冰者——水黾
3.2 水面承载能力最强的昆虫——蚊子
3.3 轻松翻越弯液面的小虫子
3.4 蚂蚁救生筏
3.5 毛细棘轮效应——水鸟喙的摄食
3.6 神奇的沙漠集水本领——纳米比亚沙漠甲虫
3.7 泥浆吸水——德克萨斯角蜥
3.8 蜘蛛网截雾取水
第4章 毛细力驱动的自组装
4.1 MEMS中的毛细粘附现象
4.2 鬼斧神工的碳纳米管自组装形貌
4.2 浑然天成的多级结构
4.2.1 壁虎的脚
4.2.2 贝壳的多级结构
4.2.3 多级毛细粘附结构
4.3 液面上互相吸引和排斥的微小物体
第5章 基于毛细效应的传感装置
5.1 悬臂梁传感器
5.2 液滴-微梁传感器
5.3 薄膜在液滴作用下的大变形
5.4 薄膜的毛细屈曲和褶皱
第6章 驱动液滴运动的司机
6.1 液滴在液体界面上的定向运动
6.2 液滴在固体表面上定向运动
第7章 不可思议的液珠弹珠
7.1 液滴弹簧
7.2 液体弹珠
7.3 液体弹珠的有趣应用
第8章 界面张力在三次采油中的作用
8.1 石油概述
8.2 二次采油之后剩余油的成因
8.3 三次采油中毛细力的作用
附录
附录1托马斯-杨之力学贡献
附录2 麦克斯韦对应用力学的贡献
附录3 细长杆弹性线模型的发展历史
附录4 表面浸润的机制:最小作用量原理简介
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我最近迷上了那些能够把我带入一个全新视角,让我重新审视日常世界的书籍。很多时候,我们都生活在惯性的认知里,对身边的事物习以为常,却很少去思考它们背后的原理。《微力无边:神奇的毛细和浸润现象》这个名字,就给我一种强烈的启发性。它没有使用那些晦涩难懂的专业术语,而是用“微力”和“无边”这两个词,勾勒出一种充满探索意味的画面感。“神奇”更是为这本书增添了一层神秘和引人入胜的色彩。毛细现象和浸润现象,听起来似乎是微观层面的物理化学概念,但作者将其与“神奇”和“无边”联系起来,这让我充满了好奇。我设想,这本书或许会通过一些生动有趣的实验和案例,展示这些看似微不足道的现象是如何在自然界和人类生活中扮演着至关重要的角色的。比如,它可能会解释植物是如何将水分从土壤输送到高高的树冠,或者为什么我们使用的某些包装材料能够保持食物的新鲜。我希望这本书能够点亮我对于科学的兴趣,让我认识到,即使是最细微的力量,也能驱动起波澜壮阔的改变,从而以一种全新的、更深刻的眼光去看待我所生活的这个世界。

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在挑选下一本阅读的书籍时,《微力无边:神奇的毛细和浸润现象》这个书名瞬间吸引了我的注意。我一直对那些能够解释日常生活中普遍存在却鲜为人知的现象的科学书籍抱有浓厚的兴趣。很多时候,我们对世界的认知停留在表象,但这本书的名字暗示着它将深入挖掘那些隐藏在水滴、植物、甚至是我们使用的各种材料背后的深刻原理。毛细现象和浸润现象,这两个词本身就带着一种微妙而又充满力量的意味,它们不像核物理那样遥不可及,而是与我们的生活息息相关。我常常会思考,为什么小小的种子能够吸取大量的水分,为什么墨水能在纸上自由地蔓延,为什么有些物体容易被弄湿,而有些则具有防水性。这些现象的背后,一定有着一套精妙的科学法则在运作。《微力无边》这个书名,让我预感到这本书将以一种引人入胜的方式,揭示这些“微小”力量所能带来的“无限”可能。我期待它能够解答我心中关于这些现象的疑问,并且开阔我的科学视野,让我能够更深入地理解我们身处的世界。

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我一直对那些能够将复杂科学原理用通俗易懂的方式讲解出来的书籍情有独钟。有时候,我们会被那些高深的公式和理论吓到,觉得科学离我们很遥远,其实不然。很多时候,科学就隐藏在我们身边最细微、最常见的生活现象之中。《微力无边》这个书名,就巧妙地抓住了这一点。它没有用过于学术化的语言,而是直接点出了“神奇”这个词,这让我感觉作者在试图跟我分享一些令人惊喜的发现,而不是枯燥的知识灌输。毛细现象和浸润现象,这两个词听起来也很有画面感,很容易联想到一些具体的物体和场景,比如细小的管道如何将液体向上输送,或者液体如何在不同材质的表面延展。我曾经看到过一些关于植物吸收水分的科普视频,里面就提到了毛细现象,当时就觉得非常震撼,原来一个小小的叶脉里竟然有这么大的学问。如果这本书能够深入浅出地讲解这些现象背后的原理,并且通过有趣的例子来阐述,那绝对是一本能激发孩子对科学兴趣,也能让成人重拾科学好奇心的绝佳读物。我特别期待它能提供一些DIY实验或者观察方法,让我们可以在生活中亲身体验和验证这些“微力”的奇妙。

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这本书的封面设计真的太吸引人了,那种柔和的蓝色调,加上一些水滴和细线的图案,一下子就勾起了我对科学的好奇心。拿到手里,纸质也很好,摸上去很舒服,字迹清晰,排版也显得很用心。我最近刚好在学习一些关于物理和化学的基础知识,平时看的一些科普读物,虽然也有不错的,但总觉得少了点什么,不是太枯燥,就是太平淡,很难让我产生深入了解的欲望。但是这本《微力无边》不一样,它从书名上就给人一种充满想象力的感觉。“微力”听起来就很奇妙,仿佛隐藏着巨大的能量,而“无边”更是暗示着这种力量的普遍性和深远的影响。再看到“神奇的毛细和浸润现象”,我的脑海里立刻浮现出水滴在植物叶片上滚动,或者墨水在纸上晕开的样子,这些日常生活中看似平凡的场景,竟然蕴含着如此“神奇”的奥秘,这实在太令人期待了!我迫不及待地想翻开它,看看里面到底是怎么解释这些“微力”的,又会揭示出哪些我从未发现的科学世界的奇妙之处。希望这本书能带我进入一个全新的科学视野,让我对周围的世界有更深刻的理解和更丰富的想象。

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这本书的名字,光听就有一种古老智慧与现代科学碰撞的韵味。“微力无边”,这四个字带给人一种宏大而又细腻的感觉,仿佛在说,那些我们肉眼几乎无法察觉的力量,却能产生无穷无尽的影响。我最近在整理一个关于日常生活小妙招的合集,里面就涉及到一些关于液体、表面张力之类的知识,但很多时候,我只是知道“怎么做”,却不知道“为什么”。比如,为什么倒水的时候,如果杯子满了,水会稍微鼓起来一个弧度;或者为什么有些衣服湿了之后,水会很容易渗进去,而有些则会滑落。这些细微之处,常常被我们忽略,但它们背后却蕴含着深刻的科学道理。《微力无边》这个名字,恰恰点出了我一直在寻找的那种,能够连接日常现象与科学原理的桥梁。我很好奇,作者是如何将“毛细”和“浸润”这两个听起来有点专业但又无比贴近生活的概念,描绘得如此“神奇”,并且能让读者感受到它们“无边”的影响力的。我希望这本书能用一种全新的视角,带我重新审视我所生活的这个充满“微力”的世界,发现其中隐藏的无限可能。

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液滴与界面研究相关的入门趣味读物。

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刚回学校的时候开始读,读不动。等状态从假期中调整过来之后,还是读挺快的。内容不难,数学东西很少,公式都是象征性地摆在那儿。我曾经读过david quere的nonsticking drop,这本书也引到了,确实给我补充了一些知识。

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用生动的语言诠释力学现象,值得阅读~

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生动性差点。

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看得困死我了。作者说什么高中以上水平的人可以毫无障碍阅读这本书,对我而言说得不对,可能我的水平适合幼儿读物吧…

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