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湿头发为什么总是粘在一起？ 头发湿的

为什么湿头发总是粘在一起？)
作者|魏玉玉，科技园主编 。
我们洗完头发后，总会发现湿发结块在一起，分不开 。不知道大家有没有认真思考过这种现象背后的原因 。事实上，保持湿发在一起的原理在自然界中普遍存在，蕨类植物和蜂鸟离不开它 。基于同样的原理，科学家们还改进了光刻技术，甚至创造了新的纳米结构 。
毛细血管加上弹性 。为什么湿头发总是粘在一起？要知道答案，我们首先要了解另一个普遍现象:当一根很细的玻璃管(也叫毛细管)插入一杯水中时，我们会发现管内的水位比管外杯中的水位高得多 。是的，这就是毛细现象 。
在中学物理课上，我们了解到毛细现象来源于水和玻璃管的渗透与重力之间的博弈(参见《科学世界》2017年第11期“毛细现象”一文) 。因为水可以润湿玻璃，或者水和玻璃界面的表面能小于玻璃和空气体界面的表面能，所以表面张力可以提供一个向上的力 。这个力与水柱的高度无关，而是与毛细管的半径成正比 。毛细管中水柱的重力是由体积决定的，显然应该与其截面积，即毛细管半径的平方成正比 。当毛细管半径减小时，润湿引起的升力和重力会减小，但后者减小得更快 。因此，当毛细管足够细时，渗透力很容易压倒重力，使管内液面上升得很高(下图) 。

如果一种液体能浸透管壁，管径越小，管内液位越高 。但是，管内的液位不会超过管的高度而溢出 。否则就会形成永动机 。
通过简单的推论，可以得出结论，对于给定的液体和固体，毛细管中液面上升的高度与管的半径成反比 。以水和玻璃为例，计算表明，如果玻璃管的半径为2米，管内液面的上升只有7微米，肉眼是察觉不到的 。但是如果把管的半径缩小到0.2 mm，管内的液位可以比管外高7 cm！也就是说，地方越小，毛细现象越显著，这一点非常重要 。
但是光靠毛细现象还不足以解决头发的困扰，还需要增加弹性 。
众所周知，玻璃是刚性很强的固体，在外力作用下即使破裂也很难变形 。然而，像橡胶这样的固体是一个不同的面，当它遇到一点外力时，很容易改变形状 。这通常被称为弹性 。
如果把观察毛细现象的玻璃管换成橡胶管，假设水还能浸透管壁，接下来会发生什么？首先，管内液体借助渗透克服重力，使液面高于管外 。然而，水分子并不满足，他们希望与橡胶紧密接触 。根据前面的分析，只要减小管道的半径，就可以进一步提高液位 。于是，水分子和橡皮管讨论:你不是有弹性吗？请“收腰”，让管子细一点，这样我才能更充分地和你联系 。橡胶有道理，所以我做 。结果，橡胶管壁向内凹陷，管内液位进一步升高(如下图) 。这种现象将毛细现象(也可以用表面张力或表面能的概念代替)与弹性因素结合在一起，因此称为弹性毛细作用 。

弹性毛细管现象:随着时间的推移，可以观察到弹性毛细管中的液位缓慢上升，管的半径减小 。
看完这个，聪明的读者可能已经意识到，把湿头发粘在一起是弹性毛细作用的体现 。头发也有一定的弹性，因此，当水浸湿相邻的几根头发时，会通过变形促使这些头发相互靠近 。这种变形的幅度如此之大，以至于头发最终被一层非常薄的水膜分开，看起来就像它们聚集在一起(如下图) 。

演示湿头发聚集成束的模型 。下部为液面，上刷的梳毛相互贴合 。
当然，弹性毛细作用并不总是带来如此惊人的结果 。众所周知，无论是哪种材料，变形总是需要一定的努力 。一旦外力消失，像橡胶这样的材料会很快恢复到原来的形状 。这表明使物体变形对应于更高的能量 。在弹性材料制成的毛细管中，液面的上升不仅要克服重力势能的增加，还要处理变形引起的能量增加 。如果所需的固体变形过大，能量需求过高，渗透将无能为力，液位的上升将停止在那里 。比如湿发再聚拢，也只是一缕头发 。不可能所有的头发都变形聚集在一起 。
自然界中的弹性毛细作用 。也许你不认为湿发聚集在一起是太大的障碍，但在自然界中，弹性毛细作用有时会给生物带来很大的麻烦 。
想象一根细长的杆子直立在地上，然后完全淹没 。让水面慢慢下降，直到低于竿顶 。会发生什么？乍一看，答案很简单 。当水位下降到足够低的时候，杆子的顶端就会露出水面 。
但如果杆子足够细长，有足够的弹性，又能被水浸湿，情况就大不相同了 。当水面下降，露出水面的电杆顶端想接触空气体时，焦虑的水分子不愿意离开电杆 。这一次，他们的解决办法是迫使杆子顶端弯曲，但它仍然被淹没 。这也是弹性毛细作用的体现 。面对这个结果，水分子们非常高兴 。


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