魏昕

如果你有吃早餐的習惯，一定看到过这样一个现象：扔一把谷物圈在盛有牛奶的碗里，谷物圈会一堆堆地聚集在一起，好像粘上了一样，看起来十分“团结”。即便你将谷物圈一个一个扔进去，它们最后也会漂到一起，抑或是贴着碗边分布。一些爱吃早餐的科学家同样发现了这个现象，并给它取了一个听起来很好吃的名字——谷物圈效应。

谷物圈效应对我们来说最大的好处就是更容易吃到碗里的谷物圈，喝一口牛奶往往能吃掉一大片谷物圈，让人十分满足。但科学家不满足于此，他们研究了这个效应背后的成因。

科学家用了很多物体来研究这个现象，他们发现，无论是在碗里放上一把谷物圈，还是麦片，甚至是曲别针，只要它们能漂在水面上，最后都会聚成一片，似乎在诠释着“物以类聚”这个成语。这到底是为什么呢？

众所周知，谷物圈浮在液体表面是因为浮力的作用。当谷物圈漂浮在水面上时，浮力会使它们趋于液体表面的最高点。那么，液体表面的最高点在哪里呢？倘若用显微镜观察一杯水，我们会发现水面并不是平的，而是凹的，液体表面的最高点就在杯壁和水的交界处，这是因为杯壁和水之间产生了毛细力，也就是杯壁对水有吸附作用。由于毛细力让谷物圈周围和杯壁附近的液面凸起，所以当谷物圈像一个个“小山包”一样靠近时就会合并，或是贴近杯壁分布。

看完上面的解释，你大概以为自己已经对谷物圈效应了如指掌了。那么，你猜一猜，如果将一枚谷物圈和一枚曲别针放在一起，会发生什么现象？奇怪的事情发生了，谷物圈和曲别针不但没有吸附在一起，反而在水里发生了排斥。原来，它们虽然都是漂浮在水面上，可这背后的原因却是不一样的。像谷物圈、麦片等密度小的物体是依靠浮力漂在水面上的，而像曲别针、大头钉这样密度大的物体是依靠张力漂在水面上的。

水分子之间的张力很大，会使得水面好像形成了一层“水膜”。将曲别针等密度大的物体放在水面上，只要其重量不会压破“水膜”，它便会漂在水面上。但这样的压迫会让水面发生形变，简单来说，就是这些物体会把水面压出一个坑。两枚曲别针放在水面上时，凹坑会合并，两枚曲别针也会碰到一起。你可以想象一下，一个足够软的沙发垫，在上面放两个球，球会滚到一起，由张力引发的谷物圈效应就是类似的情况。

理解了谷物圈效应实际上还分为浮力引发的和张力引发的，就不难理解为什么谷物圈和曲别针会相互排斥了。这是因为一重一轻的两个物体在水面上漂浮，它们贴近时就是一个凹陷和一个凸起相邻，此时表面能反而会增大，从而相互排斥。

谷物圈效应在设计微型机器人时有很大作用。如果在一小片水面上有多个微型机器，或是一个机器人有多条腿，那就需要考虑它们之间可能的作用力，这种力的大小与一只蚊子的重量差不多，但在微型机器人的设计中是不可或缺的因素，甚至决定了微型机器人研发的成败。

了解了这些，我们以后与朋友的聊天时就不再局限于“吃谷物圈会不会发胖”这样的话题了，而是能从科学的角度论述谷物圈效应的成因，听起来是不是很高大上？