安徽省靈璧縣黃灣中學(xué) 華興恒

太空中能用鋼筆寫字嗎？

安徽省靈璧縣黃灣中學(xué) 華興恒

同學(xué)們在學(xué)習(xí)有關(guān)失重的知識時，老師常常會給大家講述這樣一個有趣的故事：美國太空總署為了解決宇航員在太空中完全失重狀態(tài)下的書寫問題，花費幾百萬美元研究專用書寫工具——太空水筆，結(jié)果以失敗而告終。因此，美國太空總署的研究人員感到很難堪，而他們也不得不出重金征求能解決這個問題的高手。一天，太空總署收到一個小朋友的來信，這封信上只有簡短的幾個字：你們試過鉛筆嗎？這個看似重大的科學(xué)難題，被一個孩童不費吹灰之力便給順利地解決了。由此可見，科學(xué)家的思維有時也會受到限制，而小朋友則不會有此問題。

那在太空中究竟能不能使用鋼筆（或圓珠筆）順利地書寫呢？很多老師是這樣解釋的：鋼筆水（或圓珠筆油）都是靠重力寫在紙上的，由于在太空中處于失重狀態(tài)，所以是不能用鋼筆（或圓珠筆）進行書寫的。但是我認(rèn)為這樣的解釋是不對的。事實上，在太空中也確實不能使用鋼筆（或圓珠筆）進行正常的書寫。因此前蘇聯(lián)宇航員在太空中使用的是鉛筆。用鉛筆寫字只與石墨和紙的附著力有關(guān)，與重力無關(guān)，從而解決了這個問題。但是鉛筆芯斷裂后，在無重力的空間中飄浮，可能會飄進宇航員的鼻腔、眼睛，或引起電路短路。此外，鉛筆的筆芯和木頭在純氧環(huán)境中很容易快速燃燒，危險性極高。所以，工程師保羅·費舍爾在1965年發(fā)明了一種能在太空環(huán)境中使用的不漏油、不褪色的高品質(zhì)圓珠筆，即為通常所說的太空筆?，F(xiàn)在宇航員在太空中書寫使用的都是帶有壓力的專用太空筆。

下面我們就來探究一下在太空中使用鋼筆（或圓珠筆）不能進行正常書寫的原因到底是什么？

假如用鋼筆書寫是靠鋼筆內(nèi)墨水的重力作用的話，若把鋼筆倒過來，將筆尖向上在紙上書寫，由于此時墨水受到的重力是向下的，鋼筆應(yīng)該是不能順利書寫的。然而事實并非如此，此時不僅可以順利書寫，而且與筆尖向下書寫沒有什么區(qū)別。而如果用圓珠筆做類似的實驗，則效果不如鋼筆。有人曾用三支不同的圓珠筆做過此類實驗，結(jié)果是其中兩支圓珠筆沒畫幾下就不下油了，而另一支圓珠筆則是反復(fù)做了幾次，均可在16開的紙上畫上近半個篇幅的橫線。其實，圓珠筆在失重狀態(tài)下也不是完全不能使用，較好的圓珠筆也可以寫出近百個漢字，但最后也就不能寫出字來了。

太空筆的結(jié)構(gòu)

要想弄清楚上述實驗原理，首先要了解毛細現(xiàn)象，而要了解毛細現(xiàn)象，還得從浸潤與不浸潤說起。如果將一小塊潔凈的玻璃片浸入水銀中后取出，大家可以看到玻璃板上不會有水銀附著在上面。這種液體不附著在固體表面上的現(xiàn)象叫做不浸潤。對玻璃來說，水銀是不浸潤液體。將一小塊潔凈的玻璃片浸入水中后取出，玻璃的表面就會沾上一層水。這種液體附著在固體表面上的現(xiàn)象叫做浸潤。對玻璃來說，水是浸潤液體。浸潤液體在細管里升高的現(xiàn)象和不浸潤液體在細管里降低的現(xiàn)象，叫做毛細現(xiàn)象。能夠產(chǎn)生毛細現(xiàn)象的細管，人們習(xí)慣上稱之為毛細管。

還有一個實驗很能說明毛細現(xiàn)象，在一裝滿水的大玻璃杯杯壁上搭上一條毛巾，毛巾的另一端放入旁邊的小玻璃杯中，大玻璃杯中的水會通過毛巾不斷地移入小玻璃杯中。這個有趣的實驗很像虹吸現(xiàn)象，可是毛巾中并不存在細管，因此主要還是毛細現(xiàn)象。

由以上知識我們知道，毛細現(xiàn)象可以使液體沿著與它浸潤的物體擴展。用鋼筆寫字，鋼筆下水主要依靠的是毛細作用。由于鋼筆墨水與紙之間是浸潤的，鋼筆尖壓在紙上，筆尖的中縫會增大些，在毛細作用影響下墨水便會源源不斷地沿著筆囊中的細管移動，并沿著筆尖的中縫流出粘在紙上了。這其中利用了墨水浸潤鋼、玻璃和塑料的原理。重力在此只起到次要的作用。

圓珠筆中雖然也有毛細現(xiàn)象，但它又與鋼筆有所不同，圓珠筆油沒有墨水的流動性強，它的粘滯性要比墨水強許多，因此毛細現(xiàn)象體現(xiàn)得并不是很明顯，而對重力的依賴會比墨水要大些；再者，由于圓珠筆的特殊結(jié)構(gòu)，利用圓珠筆寫字是靠滾珠的滾動將油帶出來完成的，因此圓珠筆中的滾珠與筆尖之間是有間隙的，在滾珠滾動的過程中，難免會有一些空氣進入，從而阻斷了滾珠與圓珠筆油之間的粘連，致使不出油（粘滯性特別大的劣等圓珠筆芯常會出現(xiàn)這種現(xiàn)象），這種現(xiàn)象在有重力的作用下很少發(fā)生，而在失重狀態(tài)下卻很容易發(fā)生。

那是不是圓珠筆油的粘滯性越小越好呢？當(dāng)然不是，如果在圓珠筆的筆芯中注入墨水，將筆尖向上寫字，更是寫不了幾個字。這也很好解釋，相信大家都見過將一枚潔凈的硬幣平放在水面上而不會下沉的現(xiàn)象吧。如果事先將硬幣沾上水，還能將硬幣平放在水面上而不下沉嗎？顯然不能。圓珠筆的滾珠每次都用基本潔凈的部分去粘圓珠筆油，因此即使它們是相互浸潤的關(guān)系，也會有不粘的時候，更何況重力還起著副作用呢。因此，在太空失重的情況下，圓珠筆也就遠不如鋼筆下水流暢了。

那么宇航員在進入太空時，是不是可以帶著普通的鋼筆用于書寫呢？當(dāng)然不是。就算普通鋼筆能在太空中使用，但是在將宇航員送入太空的過程中，要歷經(jīng)火箭升空時的加速過程，這時鋼筆筆尖如果是向下的，便會由于慣性使墨水流出來。

以上探討并沒有提到鋼筆外是否存在大氣壓，如果是在太空艙內(nèi)，是有大氣壓的，并且應(yīng)該是一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；如果是在艙外，由于沒有大氣壓，鋼筆的筆囊中還留有少量的空氣，這部分氣體的壓力會將筆囊中的墨水壓出，或者筆囊中的空氣本身被放出，這樣沒有氣壓的筆囊中若還有墨水的話，在書寫時，它仍然會在毛細作用下，沿筆內(nèi)管從筆尖源源不斷地流出。

以上結(jié)論是本人通過查閱資料和推理得到的結(jié)論，是否準(zhǔn)確還有待實驗驗證。如果大家有人認(rèn)識宇航員的話，可以去問問他們，也許他們做過相關(guān)的實驗?zāi)兀?/p>