毛细现象|为什么空间站上能使用毛笔?

1.失重与书写
当宇航员进入太空时 , 传统的钢笔、圆珠笔必须依靠重力将墨水漏入笔尖 , 因而无法使用 。 铅笔虽然可以正常书写 , 但微小的导体石墨粉可能带来灾难性的后果 。 现代的太空笔依靠气压将墨水压出 。 在神舟十三号的飞行任务中 , 翟志刚携带中国传统文房四宝进入空间站 , 将中华儿女骨子里的剑胆琴心展现得淋漓尽致 。

毛细现象|为什么空间站上能使用毛笔?
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图1 神舟十二号航天员刘伯明在开学第一课中挥毫写下“理想”二字
且慢 , 为什么别的水笔不能用 , 毛笔这诞生于先秦的古老文具 , 能在21世纪的星海探险中发挥作用?
要回答这个问题 , 我们要首先思考一番 , 毛笔是怎么书写的 。 答案看起来很简单:毛笔上面吸收了墨水 , 在笔尖与纸张接触的时候 , 墨水就从笔尖转移到了纸上 。 但是 , 如果深入思考 , 为什么只有当毛笔接触到纸张时 , 墨水才发生转移 , 其他时候呢?

毛细现象|为什么空间站上能使用毛笔?
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图2 舔笔 , 如果蘸墨太多 , 就可以用砚台边缘把多余的墨水刮掉
实际上 , 墨水自动发生转移也是常有的事情 。 初学者有时候会一口气蘸上太多的墨水 , 墨水就会从笔尖上滴下来 。 毛笔蘸墨时会有特殊的技巧:只需把笔尖的一部分浸入墨中 , 这样可以保证只吸入适量的墨水 , 墨水就不会从笔尖滴落 。 所以 , 一支毛笔能留住的墨水 , 有一个上限 。
2.一股神奇的力
透过现象看本质 , 既然毛笔可以留住墨水 , 那么一定有一个机制来克服重力 , 这个机制会是什么呢?我们不妨看一看墨水分子受到哪些力 。 由于毛笔笔尖是一个开放的区域 , 各处的大气压是平衡的 , 于是只需要考虑重力与分子之间的相互作用 。 分为两种 , 一部分是液体分子之间的互相作用 , 而另一部分是液体与容器壁分子之间的相互作用 , 使液体黏附或者疏离 。 两种相互作用都有摩擦力 , 微观上体现为电磁相互作用 , 如果在宏观上结合起来 , 就带来一种叫做毛细现象的神奇现象 。
【毛细现象|为什么空间站上能使用毛笔?】毛细现象是指 , 将一根毛细管浸入液体中 , 相比管外液面 , 管内液面会自发向上或向下发生移动 。 对于生活中常见的液体 , 例如水和酒精 , 它们在细管中均会上升 。 在化学实验配置溶液时 , 使用量筒读数时 , 视线应与凹液面最低处或者凸液面最高处平行 。 对于凹液面 , 由于水能浸润玻璃 , 因此会被吸附在容器边缘 , 再由于表面张力而沿着器壁自发移动 , 体现为上升 , 从而体现为边缘高 , 中心矮 。

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