看，這雨滴在跳舞_風聞

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春眠不覺曉，處處聞啼鳥。

夜來風雨聲，花落知多少。

                              ——《春曉》，孟浩然

花落知多少（圖片來源於網絡）

自古以來，下雨都是一件再平常不過的事。農民在春雨過後，忙着種瓜種豆；而詩人們則借下雨抒發各種情感，寄託喜怒哀樂。但是，下雨為什麼能使“花落”？這期間到底發生了什麼？

這一看似簡單的過程，藴含着很複雜的科學原理。要搞清楚水滴與花瓣的之間的故事，就要從水滴落到花瓣上的動態行為説起。

水滴回彈不回彈，花瓣説了算

水滴落到固體表面（例如花瓣）上的過程在一瞬間完成（十幾毫秒），僅憑肉眼觀測或普通相機錄像，是遠遠不夠的。高速攝像機能夠實現每秒幾萬張照片的拍攝，使人們能夠清晰的觀察水滴落在花瓣上的行為。

由於表面張力的作用，下落的雨滴往往呈球形。水滴落在花瓣表面後，在慣性的作用下鋪展成一個圓形水膜。隨後，水膜可能回縮並回彈脱離花瓣表面（例如旱金蓮），也可能直接粘附在花瓣表面（比如牽牛花），這完全取決於花瓣表面的粘附力。這兩種行為的演示過程見圖1。

詩人孟浩然之所以能看到雨後花落的景象，可能是由於花瓣比較小，雨滴碰到花瓣表面後鋪展過程中，花瓣無法承受雨滴之重，被拍打下來的。這種景象常見於桃花、杏花等花瓣較小的情況。當然，落花也有可能是被風吹的。

圖1 水滴在高粘附表面和低粘附表面的碰撞行為

除了彈飛或粘附，水滴還能跳芭蕾

芭蕾舞是一項風靡世界的藝術形式，能帶給觀眾美的享受與極大的樂趣。中國科學院化學研究所宋延林團隊發現，液滴碰撞到固體表面後，除了能被彈飛和粘附在表面後，還能跳芭蕾。這一顛覆人們感觀的行為是如何實現的呢？

由上面的描述可知，水滴落在固體表面後，回彈與否是由固體表面的粘附力控制的。通過在低粘附表面設計高粘附圖案，使水滴碰撞到表面後受到不對稱的粘附力，從而在不同區域產生差異化的回縮行為。隨着回縮的進行，粘附力的作用效果逐漸累積，最終使水滴旋轉。水滴跳芭蕾時能夠以每分鐘超過7300轉的速度轉動，遠遠超過普通的芭蕾舞演員。

圖2 跳芭蕾的液滴

牛頓爵士在18世紀對兩物體的碰撞過程進行研究時提出了著名的牛頓碰撞定律（Newton’s Law of Impact）：兩物體碰撞後的脱離速度與其靠近速度的比值稱為回彈係數。一般來説，當球體碰撞撞擊到固體表面，碰撞後球體只會發生運動速度大小和方向的變化。

水滴跳芭蕾的過程中，實際上產生了旋轉運動，即水滴在碰撞前後發生了運動形式的轉變（由平動變為轉動）。這一過程被紐約時報（New York Times）稱為“Defy Physics”。同時，液滴下落前的重力勢能變成為了轉動能。

這不僅擴展了固液碰撞的相關理論，也為水滴能量的開發與利用提供了新的可能。

液滴芭蕾“致敬”牛頓。（來源：紐約時報）

來源：中國科學院化學研究所