探秘倒吊的酒杯

一、問題的提出

甲：上周我在圖書館的一本雜志上看到一篇文章：把裝滿水的酒杯蓋上塑料片，倒置酒杯，塑料片不掉下來，水也不灑出來；如果在塑料片上面貼上掛鉤，還可以用一個裝滿水的酒杯將另一個裝滿水的酒杯吊起來。你覺得這個是真的嗎？

乙：不可能吧？裝滿水的酒杯，蓋上塑料片，酒杯一倒過來，塑料片就掉了，水也灑了呀，咋還能倒吊呢？

甲：那我們去實驗室親自探究一下吧！

二、實驗器材

正常酒杯、杯沿有缺口或凸起的酒杯、塑料片、毛玻璃片、吸盤掛鉤、臉盆、水。

三、實驗過程

實驗1：在臉盆里倒入大半盆水，然后把一只正常酒杯放到水中裝滿水并蓋上塑料片，用手壓住塑料片的同時把裝滿水的酒杯迅速拿出水面，可以看到無論從哪個角度將裝滿水的酒杯倒過來，塑料片都不會掉下來，杯中的水也不會灑出來。

提出新的疑惑：塑料片是軟的且質量較小，如果換成硬的且質量較大的毛玻璃片，實驗能成功嗎？

實驗2：將塑料片替換為毛玻璃片，重復實驗1的操作，可以看到毛玻璃片也不會掉下來，杯中的水也不會灑出來（如圖1）。

實驗3：分別在兩個塑料片上各貼一個吸盤掛鉤，同時在臉盆里倒入大半盆水，然后把兩只正常酒杯放到水中裝滿水并分別蓋上帶吸盤掛鉤的塑料片，再把酒杯迅速拿出水面，放置在實驗臺上；右手握住任意一個酒杯的底部使其倒立，然后用它的掛鉤去鉤另一個酒杯的掛鉤，并向上提起來，可以看到上面的酒杯將下面的酒杯吊起來了（如圖2）。

實驗4：將正常酒杯分別替換為杯沿有缺口或凸起的酒杯，用同樣的實驗方法，可以看到杯口有水流出，倒置酒杯，塑料片掉落到盆中。

圖1

圖2

四、實驗結論

裝滿水的正常酒杯無論從哪個角度倒過來，塑料片和毛玻璃片都不會掉下來，杯中的水也不會灑出來；在塑料片上加上吸盤掛鉤后，用一個酒杯還可以將另一個酒杯吊起來。

五、實驗原理

多相體系中相之間存在著界面，習慣上人們僅將氣-液、氣-固界面稱為表面。通常，由于環境不同，處于界面的分子與處于相本體內的分子所受力是不同的。水內部的一個水分子受到周圍水分子的作用力的合力為零，但在表面上的一個水分子卻不如此。因上層空間氣相分子對它的吸引力小于內部液相分子對它的吸引力，所以該分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液體內部，結果導致液體表面具有自動縮小的趨勢，這種收縮力稱為表面張力。

實驗1、2和3，將正常酒杯裝滿水并蓋上塑料片或毛玻璃片，因為大氣有壓力及水有表面張力，使得塑料片或毛玻璃片與杯口完全閉合，與酒杯形成了一個整體，所以把酒杯倒置過來，塑料片或毛玻璃片不掉下來，酒杯中的水也不灑出來。實驗4，由于酒杯杯沿上有缺口或凸起，塑料片不能與杯口緊密地結合，故塑料片要掉落，水要流出。