从微观角度上说水面和玻璃面哪个平?

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9个答案
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毛骡金属材料学博士

2016-02-03 07:28

我不是来抬杠的。如果我理解错了,请耐心指出。最近有些心烦气躁。

材料学里面,订做过镜片的人都知道,平这个概念分为两个部分:光滑smoothness和平整度flatness。(PS:对于镜片还有一个平行度,这不在这个问题的范围内。)

这两个词严格意义上并没有什么不同,主要区别在定义的范围。(真不想上图)

Smoothness是在微观意义上的平,也就是说,不可以粗糙的小起伏,一个小签子划过去不带响(AFM contact mode)。一般都是在微米以下的范围。再大的也有,但是没啥必要。

Flatness是在宏观上的高度落差的总值。从镜子的上端到下端,拉条直线连起来。只有整个镜面跟直线完全重合才叫真正的flat。这个参数就不考虑那种微米范围,而是一个较大范围甚至是整体性。

工业上两种参数也有对应的加工方式。帮你召唤@红色荒漠 。他比较擅长工程实际的玩意。我妄学工程多年,那些名词早都不记得了。

回到问题,镜面和水面那个平……那要看你在哪测。镜面的粗糙度在微米以下,相对概念就是smoothness。哈哈镜那种明显不flat的镜子,粗糙度也是微米以下的。不抬杠。平面镜粗糙度在微米以下人眼基本就看不出来了。特种镜子可能会进一步提高(improve,不要问我为什么叫提高,我郁闷了一整个大三)粗糙度,单晶硅片类似的工艺可以将粗糙度降到10纳米以下,甚至纳米以下。那就是一个真正的平面了。但是一般的镜面远远达不到这个程度。不信你趴在衣装镜上看看,还有应力变形呢。

水面与镜面不同,镜面相当于冰冻住的流体,一般不动(给我十万年,流给你看)。但是水面的粗糙度绝对是一般镜面望尘莫及的。到底有多少找搞物理那帮人。水面一般情况下差的是flatness,波纹啊,涟漪啊都是这个尺度下的概念。地球表面本身的弧度也是问题(这个你们谁有兴趣计算,谁就去算吧)。

所以呢,如果是一个小酒杯的水和同尺寸的镜子比,个人比较倾向于水面更平一些。

PS,最后留个作业:诸君以为,液态Ga和液态Hg的表面,那个更平一些?

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要比较水面和玻璃面那个平,其实不简单,因为一个是液态一个固态,没什么可比性。

玻璃是否平,可用平面度和粗糙度衡量。普通玻璃的平面度Ra大概0.006,粗糙度0.05。玻璃的平面度可以通过高精度研磨加工提高,而且由于是固体,本身受到地心引力变形的影响比液体要小的多,水面收地心引力影响是一定会有弧度的,面积越大越明显,所以平面度来看,如果能够加工出超大大块的玻璃,那么平面度会好于水面。

表面粗糙度玻璃肯定和水面无法比的,但是水面的分子是活跃的,是不停的运动的,能不能说粗糙度就不一定了。

这是显微镜下的普通玻璃表面:(高精度光学玻璃会精细的多)

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家用玻璃连干涉都发生不了就谈不上什么平整度了

光学玻璃基本只能处理可见光和近紫外线,一般做到平整度20nm左右就完全够用了

用一些离子束沉积类的黑科技可以把玻璃表面平整度做到0.5纳米这个量级,不过做出的这个东西不能理直气壮地叫做玻璃

水的表面能决定了没有外界能量输入的话它的表面不可能存在埃米以上厘米以下的波动,平整度可以认为在分子尺度

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莫俊宏超声波无损检测员

2016-02-03 13:00

固体分子间相互作用力很强,一般情况下固体中的分子不能自由运动,处于固定位置,而不像液体或气体的分子一样自由运动。

类似陶瓷一类的固体,其分子无法自由运动,一旦凝固后只能保持原有形态,其表面是不均匀的。

而液体由于可以自由运动,最后处于稳定的平衡状态下,其表面可以是均匀平整的。假如水完全润湿在足够大的平面上,温度恒定,无外界振动干扰,最后的状态是趋于稳定平整。

在理想的情况下,水一定比玻璃更平。

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(搞不懂为啥会被过滤器屏蔽。。。)解决这个问题前 先要定义一下“平”这个概念吧

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支持者: 梦里行 Mr.Tech

楼主提的俩“平”的概念在专业上分别叫做平面度和表面粗糙度。

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地球环境下的水/液体受引力影响,表面应该是此处与地心距离为半径的弧面。而玻璃是人造面,在某些条件下来说可以说是玻璃更“平”。

忽略上点的话,常温下水是液体,分子热运动更剧烈,释出更明显,而玻璃是“固态“(经管也算液体),这么看的话,玻璃更”平“。

再换一个角度,H20的分子更小,SI02的分子更大,是不是小的更致密,平面空间的凹凸更小呢?不过sio2是四方体,会不是排列的更整齐?普通玻璃内的sio2排列并不一致,会不会影响效果?

找个有电子显微镜的人回答吧

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yy2080Fringe科学博士

2016-02-10 13:01

如果假设水是纯净的,在没有振动,气流等环境因素的影响时(完全静止),在口径比较大(如d>500mm以上)的范围内的话,应该是水的表面平。

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