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橡皮擦靠吸力?书桌上的物理现象

 baileej 2013-03-18


用铅笔能够在纸上写字,再使用像皮擦就可以消除,这些让人觉得理所当然的事,当然也存在背后的运作原理。下次,当你用铅笔在物理课本上作笔记时,也别忘记这发生在课本上的物理现象:

铅笔写进隙缝,原子笔写入纤维

乍看非常平滑的纸张,实际上是由凹凸不平的纤维所组成,所以在使用铅笔书写时,也就是将笔芯中的黏土和石墨磨下,嵌入在纸张的纤维隙缝之间。而如果是写在真正平滑的塑胶板上,因為黏土和石墨只是浮在表面,铅笔的字跡就很容易除去。

原子笔的书写原理,则是让笔头上的球珠在纸面滚动,黏附其上的液体油墨就会随著滚动渗透进纸张的纤维。所以,如果想消去原子笔字跡,就只能用修正液覆盖或是直接削去纸纤维(磨砂橡皮擦)。

自动铅笔擦得更乾净

一般的像皮擦都是由聚氯乙稀树脂、可塑剂和陶瓷粉末构成,首先,是以陶瓷粉末磨擦纸纤维,将黏土和石墨从纤维隙缝中搓出,接著,再利用可塑剂分子结构与石墨分子结构类似而能相吸的原理,还有黏土的黏性,来吸附被搓出的石墨。至于聚氯乙稀的作用,则是在于包覆可塑剂。

除了可塑剂的相吸,我们还知道「磨擦」是去除铅笔字跡的前提步骤,所以在1893年以前,人们会用麵包磨擦来消除铅笔字跡,而我们有时也会直接以手指来磨擦字跡,但由于不能如可塑剂那样吸附石墨分子,效果自然不甚理想。

另外,因為自动铅笔的笔芯主要都以石墨製成,所以依照「吸附石墨分子来消除字跡」的原理来看,用自动铅笔写出的字更容易被擦拭乾净。

便利贴的三个原理

我们在作笔记时还会经常使用便利贴,那麼黏贴本身又是怎样的科学作用?

首先,当接著剂渗入物体表面缝隙,凝固后就会產生黏贴的效果,就像船锚投入海中后卡在海底凹凸的部份,这称為「锚定原理」。同时,分子之间也会產生引力,称為「凡德瓦力」,接著剂和物体的分子也会因物理性的互相作用而相黏,就像将两本封面平滑的书本推叠后,就会產生轻微地黏合。

最后则是化学性的交互作用,接著剂和物体的分子还会因為共价键或氢键等化学反应结合,產生更强大的黏著力。

「不良」才能重覆使用

至于像便利贴这种黏性不会太强,能够轻易再与物体分离的情况,则是由于使用乳胶状的黏著剂,胶在纸上时是呈现一颗颗分离的状态,单位面积内的黏著剂比一般的胶带还少。

换句话说,正是由于分离状的胶和物体的接触面积小,密合度不良,无法紧紧结合,才构成了便利贴的独特特性。

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