发表于 2016-08-12 10:31:26 只看楼主
1楼
拧毛巾时,用力就会使湿毛巾的水挤出来。那当力足够大时,毛巾会不会被拧干呢?
ps 好多人都说了会断,我想足够大的力应该会断吧,这是必然。但是断了之前呢?水分还有多少呢?
发表于 2016-08-12 10:32:46 只看该作者
2楼
湿毛巾放在空气中会自动变“干”,此时毛巾和空气中的水是达到平衡的。所以可以很明显知道楼主所问的“干”就是指毛巾的水和空气中的水达到平衡的状态。
鉴于湿毛巾放在空气中本来就会干(这里不讨论空气极度湿润的极端情况),所以这个问题可以表述为,力足够大时能不能加快湿毛巾上的水与空气中的水的平衡。
所以,当毛巾拧到水无法往下滴之后,要想再拧干就是力能否做功的问题。
如果力继续做功,所产生的的热量就能使毛巾上的水温度更高,即毛巾上的水的化学势与空气中的化学势的差变大,因此水会更快地从毛巾上到达空气中,从而达到平衡。
具体来讲,拧毛巾的力要做功,就意味着毛巾必须不断地被扭转。扭转产生毛巾之间的相对滑动,这个滑动就是力的方向上移动的距离。
所以如果毛巾能够不断被扭转,也就是力可以不断做功,那么可以肯定,是可以完全拧干的。
在实际中,由于毛巾的强度有限,不能被无限扭转,所以在“拧干”之前毛巾就坏了。想象一条由金属制成的多孔的吸水“毛巾”,在可以滴下来的水被拧出来后如果继续拧,这条金属毛巾就会非常发热,从而附在表面的那一部分水也会轻松被“拧干”。
发表于 2016-08-12 10:34:25 只看该作者
3楼
结论分两种情况,具体分析后附:
1.对于真实毛巾而言,只能除去大部分游离水,几乎无法除去结合水。继续拧只会导致毛巾断裂;
2.对于理想毛巾而言,构成毛巾的纤维是韧性无限大的材料,即轴向拉伸和轴向挤压只会导致材料形变而不会导致断裂。那么拧干可以挤出全部水(不包括最外层表面吸附的水)
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高票答案引入一个做功的因素,我认为是将简单问题复杂化了,机械能转化为温度上升的效率非常低,按高中物理公式不难推算,把1吨的水推动1米所做的功如果全部转化为热能被这些水吸收,其温度上升0.0025℃。这个公式是gS=c△T,其实跟水的质量无关。所以除非对毛巾拧了又松松了又拧这样惨绝人寰的折腾之外,对毛巾做功产热对温度的影响可以忽略不计。
因此我觉得高票答案也没答到点子上,个人观点。
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我的分析方法,欢迎指正:
问题的根本在郑攀龙和下面一位匿名用户的答案中已有涉及,我只是作补充和整理。
搞清这个问题其实首先要搞清下面几个小问题:
A.毛巾中的水分子可以粗略分为两类:1.游离水,存在于纤维与纤维之间的网格空隙中,性质与普通水相同;2.结合水,通过非共价键吸附于纤维表面,受到纤维材料的影响,其性质与普通水不同,主要表现是表观沸点上升,通俗的说就是不容易蒸发出来。
B.毛巾为什么能吸水,似乎有其他答案解释,我没自己看,说说我的观点:1.纤维与纤维之间存在足够空隙容纳游离水,与毛细现象和水的表面张力有关;2.纤维材料是亲水的,即能与水分子发生相互作用容纳结合水;3.纤维足够细足够多,即比表面积足够大,容纳结合水;
C.实际生活中,拧毛巾为何能拧出水:
拧干的过程是吸水的逆过程,核心在于破坏毛巾能够吸水的上述三方面条件。
因为毛巾通常为超长纤维通过平行排列和纵横交叉而成,拉住两端旋转会导致平行纤维相互靠近,纤维网格变小,首先受到影响的就是存在于其间的游离水被挤出。
但实际上由于纤维横截面并不能完全贴合,所以即使用再大的力纤维网格也无法为零。再者考虑到大部分毛巾的纤维材料上附带支链绒毛,为提高比表面积增强吸附力,有这些绒毛的占位,纤维之间更难以完全贴合。
再说结合水通常呈单分子层或多层分子吸附于纤维表面,就更无法被挤出。
因此有开始时的结论。
D.那么什么样的毛巾通过大力拧就能把水完全拧干呢?
构成这种毛巾的纤维需要具备以下两个特点:
1.无限韧性。轴向拉伸和轴向挤压只会导致材料形变而不会导致断裂。拧的过程中这些纤维会逐渐挤到一起,然后横截面形状发生变化互相填补空缺,直到内部再无空隙和表面容纳游离水和结合水;
2.拧的过程中每根纤维都受力,纤维之间靠近过程中不会因为支链和自身缠绕产生障碍物。
符合以上两个要求后仍不能“拧干全部水”,最多是“拧出全部水”,其差别是最后毛巾的最外表面仍然会吸附一层水膜,这是拧无能为力的。

暂时就想到这么多。
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