{急}關於一個奇怪的物理問題，勞請各位幫忙。 - 生活

By Thomas
at 2007-12-16T00:00

Table of Contents

為何人們可以輕易的由水中站起來、爬上岸，但是螞蟻等小動物，要是全身浸水就不太容易行動？甚至會被淹死？
這個問題困擾我很久，
因為要做專題用的。
麻煩回答越完整越好，
可以的話請提供相關聯結。

All Comments

By Sandy
at 2007-12-20T20:52

原本不想答這種題目,但看了前面四位的回答,實在不得不吐為快.以下先反駁表面張力及黏滯力的論調.
1. 絕對與表面張力無關:
水分子間(其他液態物質亦同)有互相吸引的力,稱為內聚力(所以水珠在空間中呈球形),這個力量會使水珠的體積及表面積縮至最小,內聚力表現在液體表面即是表面張力,考慮在液體表面的水分子,外部已無其他分子,向內的內聚力被正向力抵消,只剩其周圍同處於液體表面的其他分子對它的拉力,這個力就是表面張力(情況很像吹脹的氣球薄膜),所以表面張力的方向是切線方向(沿著液面),螞蟻從水中爬不出來,是有向下的力量拖住,跟水平方向的表面張力毫無關係.
1. 絕對與黏滯力無關:
還有人扯水銀、流砂、蜂蜜,這根本是沒依據又不合理,水碰到人就是水,碰到螞蟻就變成水銀、流砂? 依常識判斷就知道是錯的.
其他還有人講密度、浮力、力氣大小(好笑的是有的說螞蟻力氣大, 有的說小)等,全是漏洞百出,我沒空一一反駁,其他回答者若要討論,歡迎提出,我再逐一指出其錯誤.
3. 正確原因: 尺度問題
假設有一個人100Kg,身體表面積1.5 m²,從水中出來全身會覆蓋一層1mm厚的水膜,這層水膜重量是1.5Kg,是體重的1.5%.
這個人被縮小燈照過以後,依身高比例縮為1/100,體重縮為1/10^6,即0.1g,表面積縮為1/10^4,即1.5 cm²,從水中出來水膜厚度不變(覆蓋水膜厚為水分子與皮膚間的附著力決定)仍為1mm,水膜重量為0.15g,是體重的150%,這個縮小人當然無法從水中爬出,螞蟻也是同樣的理由.
看出問題了嗎?生物體型完全依比例放大或縮小會有限制,身長放大n倍,表面積放大n²倍,體重放大n³倍,這樣在靈活度,身體散熱,覓食次數等等方面均會產生重大影響,從而導至族群的繁盛或滅亡.
暴龍的腿骨與身長比例遠較一般生物來的粗大,鯨只能生活在海中,小蟲落水後爬不出來,老鼠一天需吃十幾餐,不可能出現身高10m的巨人,這都是因為尺度問題,歡迎再提出質疑討論.
2007-12-25 09:38:23 補充：
感謝樓下大大的修正,我為了避免在嚴密性方面受質疑,故意不說螞蟻,而用"縮小人"舉例,目的即是要降低水膜與水分子間內聚力的影響.

By Annie
at 2007-12-16T20:59

樓上那個人講的差不多,不過要修正一下,與水分子間的作用力,也就是內聚力有關,與尺度也有關,如果是純水,就沒有黏滯係數的問題,因水分子間有內聚力,一般小動物體表有微小纖毛,及體表不平滑等自然現象,故會有水膜覆於體表,假設水膜平均厚度為0.2公分,而這層水膜對於大型動物並不會造成太大負擔,但因尺度問題,同樣0.2公分厚的水膜對小動物將無法輕易突破,又因為內聚力的關係,會'捉住'小動物,
簡單的講,同樣大小的分子間的作用力作用於大型動物及小型動物,所帶來的效應不同,如同同樣十公斤重的啞鈴對成年人及三歲小孩,力量(重量)沒變,因對象不同,成年人可單手舉起,小孩用兩手也不見的拿得動,
所以除了尺度,內聚力(分子間作用力,外力來源),也是原因之一,不是表面張力啦

By Lydia
at 2007-12-18T13:22

很簡單阿
生物在地球上會有重量
但是地球上有個奇妙的物質-水
會產生浮力
越重產生的浮力越大
所以人一進入水中會感覺自己變輕了
移動起來比平常輕鬆
但小動物
體重減輕變化並不大
且身體小
要在水中進行移動也不容易
跟胖的人在水中游泳比較輕鬆的原理一樣

By Lucy
at 2007-12-17T15:16

和水的表面張力有關係
一個簡單的實驗可以解釋這個原理
拿市面上的一般吸管垂直放進水裡再垂直拿起來
你會發現在吸管底部末端會有大約3~5MM高度的水柱
這是因為水的表面張力大於地球引力
所以那一少部分的水才不會流掉
若是反之　將地球引力以離開水面的力量代替
相對也會受表面張力的影響
人之所以可以很輕易的離開水面
是因為在地球上水的表面張力不會超出人體能抵抗的力量
亦或是水這個元素所產生的表面張力係數本身就是個定質　這必須詳查相關書籍
但是以體積論　螞蟻本身就很小　且在水面上沒有適當的著力點
所以螞蟻一但掉進水裡就很難自己離開水面
因為牠的力量沒有大於水的表面張力
相對的　如果有一種液體的表面張力大於人體能抗拒的力量的話
下場和螞蟻掉進水裡一樣
也許一般的濃稠沼澤地可以這麼比喻吧
人一旦掉進去　還真的很難離開
2007-12-16 09:30:37 補充：
表面張力的例子在日常生活中很常見
像是水滴形狀球形樣子的表現就也是表面張力的原理

By Anthony
at 2007-12-19T15:05

很直覺的反應，如果一個不會游泳的人落在大海裡(當然踩不到地，無法站起來)，結果就跟螞蟻等小動物落水一樣，不容易行動，或許很快的被淹死。如果會閉氣，以及不慌張的話，可能可以浮在水面一陣子，但體力是有限的....如果沒有獲救，我想還是掰掰了...
或許跟表面張力也有點關係，所以螞蟻在水中的行動較人困難，我覺得力氣也是ㄧ種因素，人的力氣比螞蟻大，抗拒水的阻力也較輕鬆
題供給你參考，看你能不能有些其他的想法。

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