你觀察過(guò)水池中、咖啡杯里的泡沫嗎？無(wú)論開始狀態(tài)如何，靜置一段時(shí)間之后，泡泡們總是會(huì)傾向于變成兩種狀態(tài)：要么聚在一起，要么貼在邊上，這是為什么呢？

其實(shí)，很多漂在水面上的小尺寸物體都會(huì)出現(xiàn)容易聚集在一起的傾向，這種現(xiàn)象通常被叫做“谷物圈效應(yīng)”（cheerios effect），因?yàn)榕菰谠绮团Ｄ汤锏墓任锶σ矔?huì)這樣。

總的來(lái)說(shuō)，這種現(xiàn)象源于彎曲的液面，以及漂浮小物體們?cè)诖怪狈较虻氖芰Γ唧w來(lái)說(shuō)，還要分兩種情況討論。

小物體漂浮在水面上的情況有兩種，第一種是像小氣泡這樣，浸沒在水中被浮力托起；而第二種是像小心翼翼地平放在水面上的曲別針、硬幣這樣，它們不是因?yàn)楦×ζ?，而是被表面張力托住了。在這兩種情況下，小物體附近的液面都會(huì)出現(xiàn)彎曲，如下圖所示，第一種液面在物體附近升高，第二種則是降低。

先來(lái)看小氣泡的情況，受到浮力的作用，小氣泡總是會(huì)傾向于到液面最高的地方去，而正是這種特性使得小氣泡們看起來(lái)會(huì)互相吸引——因?yàn)槠渌馀莞浇囊好婵偸菚?huì)比基線高一點(diǎn)。

而同樣的理由也可以解釋泡沫為什么在咖啡杯里貼著邊。杯子很多都是玻璃或者陶瓷材質(zhì)的，這些材料的表面和水的親和力好，因此在貼著邊的位置，液面也會(huì)比其他地方高一點(diǎn)（見下圖）。因此，想要盡量上浮的小氣泡也會(huì)聚集在這里。

而曲別針、硬幣之類依靠表面張力漂浮的小物體，它們的情況是相反的。這些小物體把局部的液面壓低了一些，并且在重力的作用下，它們會(huì)傾向于滑向液面最低的地方。因此，當(dāng)兩個(gè)水面上的硬幣相遇時(shí)，它們也會(huì)彼此靠近：因?yàn)槲矬w附近的液面更低一些，聚在一起能幫助它們呆在液面最低的地方。

由此可見，兩種情況下漂浮的小物體都會(huì)傾向于彼此聚集，不過(guò)它們聚集的原因不太相同。而如果小氣泡這類靠浮力漂浮的物體遇到硬幣這類靠表面張力漂浮的物體，則它們不會(huì)聚集在一起，反而會(huì)彼此遠(yuǎn)離（見下圖）。

至于漂浮的小物體是否會(huì)貼邊，也取決于貼近容器的地方液面彎曲方向與小物體是否相合。比如說(shuō)親水的玻璃容器里小氣泡會(huì)貼邊，而硬幣不會(huì)，而如果用超疏水材料處理容器，則情況會(huì)整個(gè)反過(guò)來(lái)。

雖然是生活中很普通的現(xiàn)象，原理講起來(lái)也并不復(fù)雜，不過(guò)這種“谷物圈現(xiàn)象”也有很長(zhǎng)一段時(shí)間并沒有人深入地進(jìn)行過(guò)討論。本文中的解釋都來(lái)自前幾年的一篇論文。

作者：微信公眾號(hào)“木木西里”