趣味几何学
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10.虹膜

在工厂长期排放污水的河中,我们常常会看到五光十色的油彩闪着亮光。与污水同时流入河里的那些油(比如机油)密度比水小,可以漂浮在水上形成薄薄的一层膜随水漂流。那么,可不可以测到或者估算出膜的厚度呢?

这个题目好像很费神,但其实求解起来不算很难。我们不可能直接去测油膜的厚度,只能通过运算间接地获得其数据。找20g机油,撒到远离河岸的水面上,在油朝四面扩散构成一个轮廓清晰的大圆后,粗略测一下圆斑的直径便可轻而易举地估算其面积。因为这些油体积已知、质量已知,于是,求得油膜的厚度就易如反掌了。

【题目】找1g煤油撒到水里,在其向四周散去的时候形成了直径为30cm的圆斑。现已知煤油密度为0.8g/cm3,那么这一油膜的厚度为多少?

【题解】首先我们要算出煤油薄膜的体积。根据已知条件,1g煤油的体积为1.25cm3,即1250mm3。直径为30cm的圆面积为70000mm3,于是设油膜厚度为X,则:

普通的测量工具也只能将计算精确到1mm的,所以这个厚度用普通的测量工具是根本无法精确测量到的。

某些其他油类和肥皂沫的膜甚至能扩散得更厉害,使其厚度小于0.018mm,达到0.0001mm或者更小。英国物理学家波易斯在他的《肥皂泡》一书中写道:

有一次,我在水池里做了这样一个实验:我将一小勺橄榄油倒在水面上,一下子就形成了一个直径有20cm~30cm的大圆斑。因为圆斑长和宽均为勺中油的1000倍,所以,水面上油膜厚度应是小勺中油液厚度的,大约为0.000002mm。