壓力足夠大,碎片會通過分子間的引力吸到一起?

2020-12-05 飛魚科普

摔碎的東西總是拼不回來,明明萬有引力擺在眼前,如果能通過壓力重建分子之間的引力就好啦,再也不用擔心摔碎東西。

但現實中我們拼不回來,一定要刨根問底找找罪魁禍首,也作為上一章「太空金屬冷焊」的延伸,了解固體融合的冷知識。

分子有質量,也有電荷。分子間作用力很複雜,包括引力和斥力,是萬有引力和電場力的合力,統稱分子力。分子距離等於平衡距離時,分子力為零,大於平衡距離,表現為引力,小於平衡距離,斥力急劇增大,大於10倍平衡距離,作用力忽略不計。

我們希望通過壓力,讓碎片接觸面的分子靠近平衡距離,這樣就有足夠的引力來維持碎片的位置。不過接觸面在分子水平上是凹凸不平的,即使剛摔碎也不行,除非對準拼接的時候一個分子的誤差都沒有。碎片靠近時,總有一些分子先達到平衡位置,繼續靠近就是斥力。

講道理,兩個碎片靠近的時候,相互作用力一定是這樣變化的:由引力過渡到零,然後才是斥力。可是,我們從來沒有感覺到引力作用,直接過渡到斥力階段。這是分子力的性質決定的,因為小於平衡距離,斥力急劇增大。

這意味著,很少的分子提供的引力微乎其微,但一旦繼續靠近,急劇增大的斥力就會很可觀。一個分子受到的斥力作用可以抵消一群分子的引力作用,我們完全感覺不到引力階段,更別說依靠可觀的引力拼接碎片。

橡皮泥等物質可以輕鬆的依靠壓力融合,這不是因為它的「粘性」有多好,而是在微觀狀態下,它的分子是可以「流動的液態」,斥力可以改變分子的位置,防止斥力進一步急劇增大,當分子間累積到足夠的引力後,兩塊橡皮泥就融合在一起。

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