微力無邊：神奇的毛細和浸潤現象 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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劉建林 著

圖書標籤:

• 物理學
• 毛細現象
• 浸潤現象
• 錶麵張力
• 流體力學
• 科學普及
• 自然科學
• 科普讀物
• 微觀世界
• 趣味科學

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302434542

版次：1

商品編碼：11971198

包裝：平裝

開本：32開

齣版時間：2016-07-01

用紙：膠版紙

頁數：270

字數：190000

産品特色

編輯推薦

　　iphone7手機防水是如何做到的呢？
　　一根鋼針為何能夠浮在水麵上？
　　荷花葉子為何能夠齣淤泥而不染？
　　往盛滿水的杯口繼續加水而水為何不溢齣？
　　雨後蜘蛛網上為何留下一串串晶瑩的水珠？
　　蟬為何可以在雨中自如地飛行而不怕淋濕翅膀？
　　螞蟻為何會自行聚團從而安然度過洪災？
　　所有這些有趣而奇特的現象是如何發生的？又是如何啓發人類“嚮自然學習”而進行仿生設計的？
　　《微力無邊：神奇的毛細和浸潤現象》由原點閱讀齣品。
　　原點閱讀（TheOrigin）（微信號：ydreadtup），清華大學齣版社旗下的圖書品牌，秉承“科學，讓個人更智慧，讓社會更理性”的理念，緻力於科學普及和科技文化類圖書的齣版，傳播科學知識、科學精神、科學方法，展現科學的真實、獨立、智慧、多變、寬容、動人及迷人。

內容簡介

　　在日常生活中，我們經常會對這些司空見慣的現象産生疑問：一根鋼針為何能夠浮
　　在水麵上？荷花葉子為何能夠齣淤泥而不染？往盛滿水的杯口繼續加水而水為何不溢齣？雨後蜘蛛網上為何留下一串串晶瑩的水珠？蟬為何可以在雨中自如地飛行而不怕淋濕翅膀？螞蟻為何會自行聚團從而安然度過洪災？所有這些有趣而奇特的現象是如何發生的？又是如何啓發人類“嚮自然學習”而進行仿生設計的？這些新奇的現象都是與毛細和浸潤現象息息相關的，它們都涉及到一個關鍵詞，即液體的錶麵張力。
　　從日常生活到自然界，再到工農業生産，毛細現象和錶麵浸潤行為真可謂無處不在。通過深入研究而揭示錶麵張力的作用機製對於我們理解和把握這些浸潤現象至關重要，這可以為新型結構和材料的仿生設計奠定理論基礎。實際上，自然界中各種各樣的毛細和浸潤現象啓發瞭人類的靈感，使我們通過“嚮自然學習”，進而可以仿生、製造齣很多新産品，從而産生瞭錶麵仿生學這一前沿交叉學科。通過研究毛細和浸潤現象，我們可以恰當地配置農藥和塗料、閤理地進行礦物浮選、製備不沾水和不沾油的材料、研製微小的船舶、閤理設計微機電係統的構件、通過錶麵活性劑進行化學驅油等。
　　本書的一個重要特點是摒棄瞭復雜的數學公式和方程描述，通篇隻采用瞭幾個必要的簡單公式以輔助讀者進行理解，其目的是為瞭通過通俗易懂的語言闡明相對復雜的物理現象的機理。因此，我們相信具有高中以上文化程度的讀者均可以毫無障礙地閱讀本書。此外，本書也可作為有誌於研究固體力學、物理學、仿生學、微納米材料等領域的研究人員的研究素材。

作者簡介

　　劉建林，男，1977年生於青島。2008年1月於清華大學航天航空學院獲得博士學位，現任中國石油大學（華東）工程力學係教授、博士生導師。主要研究內容包括錶界麵力學、仿生力學、軟物質力學等。已發錶的學術論文被SCI收錄40餘篇。

內頁插圖

精彩書評

　　驚嘆於大自然的神奇和奧妙，司空見慣的日常生活現象隱藏著如此之深的自然規律，人類發現瞭，利用瞭。作為受益者，知其然也知其所以然，好書。
　　——豆瓣讀者kitty

　　一些簡單的現象背後往往有其深刻的內涵，作者深入淺齣，在前沿性、、實用性和趣味性結閤的基礎上，力求激發讀者的知性、靈感與想像力。大開眼界!
　　——知乎讀者貓小弟

　　科學的本來麵目就是簡潔、精妙、有趣。我在此書get到瞭。
　　——果殼網讀者letter

目錄

第1章 神奇的毛細和浸潤
1.1 錶麵浸潤現象
1.2 錶麵張力——綳在液體錶麵的薄膜力
1.3 麯率
1.4 光滑錶麵上的接觸角
1.5 毛細現象
1.6 有趣的尺寸效應
1.7 粗糙固體錶麵上的接觸角
第2章 植物隱藏的魔力
2.1 蓮花效應
2.2 親水基底上産生超疏水狀態的秘密
2.3 參天大樹能夠長多高
第3章 成功駕馭毛細力的智慧小動物
3.1 池塘裏的溜冰者——水黽
3.2 水麵承載能力最強的昆蟲——蚊子
3.3 輕鬆翻越彎液麵的小蟲子
3.4 螞蟻救生筏
3.5 毛細棘輪效應——水鳥喙的攝食
3.6 神奇的沙漠集水本領——納米比亞沙漠甲蟲
3.7 泥漿吸水——德剋薩斯角蜥
3.8 蜘蛛網截霧取水
第4章 毛細力驅動的自組裝
4.1 MEMS中的毛細粘附現象
4.2 鬼斧神工的碳納米管自組裝形貌
4.2 渾然天成的多級結構
4.2.1 壁虎的腳
4.2.2 貝殼的多級結構
4.2.3 多級毛細粘附結構
4.3 液麵上互相吸引和排斥的微小物體
第5章 基於毛細效應的傳感裝置
5.1 懸臂梁傳感器
5.2 液滴-微梁傳感器
5.3 薄膜在液滴作用下的大變形
5.4 薄膜的毛細屈麯和褶皺
第6章 驅動液滴運動的司機
6.1 液滴在液體界麵上的定嚮運動
6.2 液滴在固體錶麵上定嚮運動
第7章 不可思議的液珠彈珠
7.1 液滴彈簧
7.2 液體彈珠
7.3 液體彈珠的有趣應用
第8章 界麵張力在三次采油中的作用
8.1 石油概述
8.2 二次采油之後剩餘油的成因
8.3 三次采油中毛細力的作用
附錄
附錄1托馬斯-楊之力學貢獻
附錄2 麥剋斯韋對應用力學的貢獻
附錄3 細長杆彈性綫模型的發展曆史
附錄4 錶麵浸潤的機製：最小作用量原理簡介

前言/序言

　　在日常生活中，我們是否經常觀察到以下現象：一根密度大於水的鋼針為何能夠浮在水麵上？盛水杯子的杯壁與水平麵為何不是直接垂直，而存在一個弧形的過渡彎液麵？往盛滿水的杯口繼續加水而水為何不溢齣？下雨過後蜘蛛網上為何留下一串串晶瑩的水珠？下雨時雨滴為何容易粘在車窗上而不容易滾下來？荷花和芋頭的葉子為何能夠不沾水，並且能夠齣淤泥而不染？樹林中的蟬為何在下雨天可以自如地飛行而不怕淋濕翅膀？水黽和水蜘蛛等小動物為何能夠在水麵上自由地行走、跑跳？蚊子為何能夠在水麵産卵而不被水粘住？洪水發生時，螞蟻為何會自行聚團從而安然度過洪災？
　　你可知道，所有的這些新奇的現象都與毛細和浸潤現象息息相關的，都涉及到一個關鍵詞，即液體的錶麵張力。錶麵張力是如何産生的呢？簡單來說，液體與空氣接觸的錶麵（或稱界麵）與液體內部的結構不盡相同，這個錶麵層就像一層薄膜一樣綳在液體上麵，從而産生瞭使錶麵積趨於最小的錶麵張力。當物體的尺寸縮小到一定程度時，它所受到的重力等體積力與錶麵張力相比微不足道，此時錶麵張力的影響就會凸顯齣來。在這種尺度下，錶麵張力往往以很微弱的作用就能夠引發很多奇特的物理現象，其特性有彆於傳統的力，因而我們常常稱其為“非經典力”。
　　從日常生活到自然界，再到工農業生産，毛細現象和錶麵浸潤行為可謂無處不在。研究揭示錶麵張力的作用機製對於我們深刻理解這些浸潤現象至關重要，可以為後續的仿生設計奠定理論基礎。自然界中的各種毛細和浸潤現象啓發瞭人類的靈感，使我們通過“嚮自然學習”，進而可以仿生、製造齣很多新産品，從而産生瞭錶麵仿生學這一前沿交叉學科。通過研究毛細和浸潤現象，我們可以恰當地配置農藥和塗料、進行礦物浮選、製備不沾水不沾油的材料、研製微小船舶、閤理設計微機電係統、通過錶麵活性劑進行化學驅油等。
　　本書的一個重要特點是摒棄瞭復雜的數學公式和方程描述，通篇隻采用瞭幾個必要的簡單公式以輔助理解，其目的是為瞭通過通俗易懂的語言闡明相對復雜的物理現象機理。因此，我們相信具有中學以上文化程度的讀者均可以豪無障礙地閱讀本書。此外，本書也可作為有誌於研究固體力學、仿生學、微納米材料等領域的研究人員的研究素材。
　　由於水平所限，文中錯誤之處在此難免，希望讀者不吝批評指正。在撰寫過程中，研究生孫靜、左平成、曹高峰、李善鵬、龔宇龍等進行瞭相關材料收集工作，特此緻謝。

微力無邊：神奇的毛細和浸潤現象 書名： 微力無邊：神奇的毛細和浸潤現象 內容簡介： 在浩瀚的自然界中，存在著無數令人驚嘆的現象，它們往往隱藏在日常生活的細微之處，卻又蘊含著改變世界的力量。本書將帶領讀者走進一個由微觀尺度上的神奇力量所主宰的世界——毛細現象與浸潤現象。這不是一本枯燥的物理教材，而是一場充滿趣味與智慧的探索之旅，我們將一同揭開這些看似平凡的現象背後，那令人目眩神迷的奧秘，以及它們如何深刻地影響著我們的生活，甚至塑造著整個地球的生態係統。 想象一下，為什麼水能夠沿著植物的根係嚮上攀爬，滋養著每一片翠綠的葉子？為什麼墨水能夠瞬間滲透進紙張的縴維之中，留下雋永的文字？為什麼雨滴落在荷葉上會形成晶瑩剔透的水珠，而非浸濕葉麵？這些生活中習以為常的景象，都源於一種看不見摸不著的強大力量——毛細力。它如同一雙無形的手，在液體與固體界麵之間施加作用，在狹小的通道裏創造齣驚人的“攀登”奇跡。 本書的第一部分，我們將深入淺齣地剖析毛細現象的本質。我們將從液體錶麵張力這一基礎概念講起，理解分子間作用力如何賦予液體一種“綳緊”的特性。然後，我們將聚焦於液體與固體錶麵之間的相互作用——粘附力。當液體與固體錶麵的粘附力大於液體自身的內聚力時，液體就會在狹小的接觸區域內錶現齣上升的趨勢，這就是毛細上升。我們將通過生動形象的比喻和直觀的實驗演示，讓讀者清晰地理解毛細上升的原理。我們將探討影響毛細現象的關鍵因素，例如管的直徑、液體的性質（如錶麵張力、粘度）以及固體的性質（如錶麵能、潤濕性）。 更重要的是，我們將不止步於理論的講解，而是將目光投嚮廣闊的應用領域。我們將看到，毛細現象在自然界中扮演著至關重要的角色。植物的吸水與輸送，離不開毛細作用的強大助力。土壤的保濕與養分輸送，同樣與毛細現象息息相關。在人類的創造中，毛細現象更是無處不在。從古老的書法藝術，到現代的紡織工業，從造紙術的實現，到日常的吸墨、吸水海綿，毛細現象都貢獻著不可磨滅的力量。我們將介紹如何在工程技術中巧妙地利用毛細作用，例如在微流控芯片中的液體操控，在食品加工中的液體傳輸，甚至在太空探索中的液體管理。 本書的第二部分，我們將把視角進一步拓展，深入探討“浸潤”這一概念。浸潤，顧名思義，是指液體在固體錶麵鋪展、附著的能力。一個液體是“潤濕”一個錶麵，還是“不潤濕”一個錶麵，將極大地影響液體與固體之間的相互作用，並由此引發一係列有趣的現象。我們將介紹接觸角這一關鍵指標，它是衡量液體在固體錶麵鋪展程度的標尺。不同的液體組閤和固體錶麵材質，會産生不同的接觸角，從而錶現齣截然不同的行為。 我們將詳細闡述浸潤現象的微觀機製，從分子層麵上分析液體分子與固體錶麵分子之間的吸引與排斥。我們將介紹“親水性”和“疏水性”的概念，理解為什麼水會喜歡接觸某些錶麵，而又會“逃離”另一些錶麵。我們將通過觀察水珠在玻璃、蠟燭、荷葉等不同錶麵的錶現，直觀地感受浸潤性的差異。 浸潤現象的應用同樣是本書的重點。我們將探尋它在日常生活中的身影。例如，為什麼衣服會濕透，而雨衣卻能防水？這其中的奧秘就在於麵料的浸潤性。我們將介紹防水塗層、防汙材料的原理，它們正是通過改變材料錶麵的浸潤性來實現功能的。在醫療領域，浸潤性同樣至關重要。例如，藥物的輸送、傷口敷料的設計，都與液體在生物材料錶麵的浸潤行為息息相關。我們將介紹如何利用浸潤性來設計高效的生物傳感器和診斷設備。 更令人興奮的是，本書還將帶領讀者探索近年來備受矚目的“超疏水”和“超親水”錶麵。這些仿生學的設計，模仿瞭自然界中某些生物的錶麵特性，例如荷葉的防水性和某些昆蟲翅膀的疏水性。我們將解析這些超浸潤錶麵的結構設計原理，以及它們在自清潔、防結冰、高效傳熱等領域的巨大潛力。我們將展望這些前沿技術如何改變未來的交通、建築、能源和生物醫學等各個領域。 貫穿全書的，是對科學精神的倡導。我們將鼓勵讀者保持好奇心，用科學的眼光去觀察和思考生活中的點滴現象。我們將強調實驗的重要性，即使是簡單的生活實驗，也能幫助我們更好地理解科學原理。我們將分享一些有趣的科學小實驗，讀者可以在傢中輕鬆實踐，親身體驗毛細和浸潤現象的魅力。 本書不僅僅是一本知識的傳遞，更是一次心靈的啓迪。它將幫助讀者認識到，即使是微不足道的尺度，也蘊含著無窮的能量和智慧。它將激發讀者對科學的興趣，培養嚴謹的科學思維，並鼓勵大傢積極地探索和創造。 《微力無邊：神奇的毛細和浸潤現象》 是一部獻給所有對自然界充滿好奇，對科學探索充滿熱情讀者的作品。它將帶你超越肉眼的局限，領略那些隱藏在日常生活中的微觀奇跡，讓你深刻理解並驚嘆於毛細和浸潤現象的無所不在和強大力量。無論你是學生、教師，還是對科學充滿好奇的普通讀者，這本書都將為你打開一扇通往奇妙微觀世界的大門，讓你看到一個更廣闊、更深刻的自然圖景。它將讓你重新審視那些習以為常的現象，並從中發現無窮的樂趣和啓發。準備好，與我們一同啓程，探索那股“微力無邊”的魔力吧！

評分☆☆☆☆☆

全書的結構安排著實體現瞭編者的用心良苦，它不是簡單地羅列物理原理，而更像是一部科學偵探小說，層層遞進地揭示“微力”的奧秘。一開始，作者用生動的曆史典故和哲學思辨引入瞭錶麵張力的概念，這部分敘述充滿瞭古典的韻味，語言典雅而不失力量。接著，筆鋒一轉，進入瞭嚴謹的數學模型和實驗驗證環節，但即便是數學部分，作者也巧妙地將其嵌入到實際的案例分析中，比如關於液體在不同孔隙中上升高度的定量分析，讀起來絲毫沒有枯燥感，反而有種解開謎題的快感。最讓我印象深刻的是關於接觸角測量的技術細節描述，作者詳盡地闡述瞭如何通過調整錶麵粗糙度和化學處理來精確控製液體的行為，這種對實驗藝術的描摹，讓非專業人士也能領略到精密測量的魅力。這本書成功地在科普性和專業性之間架起瞭一座堅實的橋梁。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值遠超齣瞭對“毛細現象”這一單一主題的介紹。它更像是一本關於“界麵物理學”的入門指南，但重點聚焦在液體與固體接觸的那一層薄薄的界麵上。作者高明之處在於，他沒有將浸潤和毛細作用視為孤立的現象，而是將其置於更大的熱力學和電化學背景下進行考察。我尤其欣賞其中關於“動態浸潤”的章節，它討論瞭液滴移動、鋪展速度的非平衡態問題，這部分內容在當前微流控技術飛速發展的背景下，顯得尤為及時和重要。它不僅為學生和研究者提供瞭堅實的理論基礎，更啓發瞭工程師去思考如何在新材料設計中更有效地利用或抑製這些界麵力。這本書的份量很足，信息密度極高，但結構組織得當，確保瞭閱讀體驗的流暢性，實屬一本值得反復研讀的佳作。

評分☆☆☆☆☆

坦白講，這本書的文字風格是相當獨特和富有感染力的。它摒棄瞭傳統教材那種冷峻的口吻，代之以一種充滿好奇心和探索欲的敘事腔調。閱讀過程中，我時常會産生一種衝動，想要立刻放下書本，找一個容器裝滿水，親自去觀察那些細微的邊緣效應。作者在描述那些“看不見的力量”時，用詞極其精準，比如形容液體對固體錶麵的“執著拉扯”和“微妙的親和力”，這些擬人化的錶達，極大地增強瞭文本的可讀性和畫麵感。書的後半部分對生物體毛細現象的探討，比如昆蟲如何利用體錶張力捕食或漂浮，簡直是生物學與物理學的一次完美聯姻，那種對自然界鬼斧神工的贊嘆，通過文字的力量，被放大和傳遞給瞭每一個讀者。

評分☆☆☆☆☆

我發現這本書在處理一些復雜的跨學科問題時展現齣瞭極高的洞察力。例如，在關於多孔介質流動的章節，作者不僅提及瞭地下水文的經典模型，還將其延伸到對新型儲能材料（如鋰電池電解質的傳輸）的分析上，這種前瞻性的視野讓我感到振奮。書中的圖錶設計同樣值得稱贊，它們清晰、直觀，往往隻需一眼就能把握住復雜的物理關係，絕非那種隨意拼湊的插圖。特彆是對於“毛細流體動力學”部分的講解，作者似乎將所有相關的物理參數——粘度、密度、錶麵張力——都編織進一個連貫的故事綫裏，使得讀者在理解動態過程時不再感到吃力。可以說，這本書不僅僅是知識的傳遞，更是一種思維方式的訓練，它教會我如何用微觀的視角去理解宏觀世界的復雜性，是那種讀完後，工具箱裏多瞭一套新工具的書。

評分☆☆☆☆☆

這本名為《微力無邊：神奇的毛細和浸潤現象》的書，讀起來就像是一次對我們日常生活中無處不在的、卻又常常被忽略的物理現象的深度探索。作者的敘述方式非常引人入勝，仿佛帶著我們這些讀者，親手去觸摸那些微觀世界的奇妙力量。我尤其欣賞書中對現象的觀察角度——不再是枯燥的公式堆砌，而是將毛細管作用與生命體、工業應用緊密結閤。比如，書中對植物如何將水分從根部輸送到高聳的樹冠的精妙解釋，讓我對一片葉子的生存機製有瞭全新的認識，那種“無聲的傳輸”背後蘊含的巨大能量和精巧設計，著實令人震撼。再者，作者對“浸潤”和“潤濕性”的探討，從荷葉的超疏水性講到醫療器械上的生物相容性塗層，使得原本抽象的物理概念，立刻具象化為看得見摸得著的價值。讀完這本書，我感覺自己看待一杯水、一塊海綿，甚至早晨洗臉時臉上的水珠的方式，都發生瞭根本性的改變，充滿瞭對微觀尺度上那股“無邊之力”的敬畏。

評分☆☆☆☆☆

好東西，值得購買。京東速度，京東好貨。

評分☆☆☆☆☆

很用心的一步著作，同學推薦的。作者盡量用通俗易懂的語言講述學術性非常強的微觀力學。非常適閤普通人瞭解微觀力學世界，同時也推薦給嚮我一樣的準備入門微觀力學的讀者們

評分☆☆☆☆☆

很多時候，一個人對待知識和思想的態度，就體現在用什麼東西去丈量它。

評分☆☆☆☆☆

很好的科普類圖書，適閤青少年閱讀。

評分☆☆☆☆☆

書很好，先存著，再慢慢看。

評分☆☆☆☆☆

好棒啊

評分☆☆☆☆☆

同學推薦的書

評分☆☆☆☆☆

很多時候，一個人對待知識和思想的態度，就體現在用什麼東西去丈量它。

評分☆☆☆☆☆

神奇的錶麵張力，通俗易懂的描述，這麼教物理應是有趣而易記住，