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钢笔中的物理原理

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作者:科普中国来源:科普中国

笔作为书写工具,有着悠久历史。人类最初的书写工具是木棍、石块、刀子等,后来我国出现了毛笔,西方出现了鹅毛笔,笔这种工具一直延用至今。随着时代的发展,人们的生活和工作效率逐步提高,需要更为高效、便捷的书写工具。1884年,美国人华特曼发明了搭配墨水使用的钢笔。因便携性和字迹的稳定性,钢笔迅速成为世界上使用最广泛的书写工具之一。现在人们使用更多的圆珠笔和签字笔,也是从钢笔演化改进而来。

相对于其他笔来说,钢笔的结构较为复杂,大体可分为三个部分。第一部分是笔尖,笔尖通常用不锈钢或镀金的其他金属制造,它主要负责钢笔的书写功能;第二部分是吸水、贮水和供水部件,这部分是钢笔正常工作的重要保障部分,包括笔舌、笔胆等零件;第三部分是保护部件,包括笔杆和笔套。


小小钢笔看似普通,但从笔尖到笔身,从吸墨到写字,其身上蕴含着丰富的物理原理。


用钢笔写字,要先让笔吸墨水。当把笔尖部分浸入墨水后,原本存在笔胆中的空气被人工手动挤压排出,此时可观察到笔尖部分冒出气泡。当手松开笔胆后,笔胆的体积恢复到初始状态,外界大气压比笔胆内的气压大,墨水便被压入笔胆。笔胆内的空气排得越多,墨水则会储存得越多。


写字时,钢笔能自动出水。随着笔尖在纸上划动,墨水源源不断地流出,这主要靠的是毛细作用。如果将一根口径细如毛发的玻璃管插入盛水的杯中,玻璃管内的水会逐渐上升,最终会高于杯中的水面,这便是毛细现象。钢笔出墨也是这个原理,通过笔身上的一系列毛细槽以及笔尖上的细缝,将笔胆里的墨水输送到笔尖,当笔尖触碰纸面后,墨水便落在了纸上。


在不写字时,钢笔并不会漏墨,这与钢笔吸墨一样,是因为大气压力的作用,墨水被吸入笔胆后,笔胆内空气变少,且气压保持在小于外界大气压的水平,墨水因此会被抵住,不会从笔胆里流出。


如今,电脑、手机、平板等电子产品逐渐成为记录和传递信息的主要工具,但钢笔始终是很多人钟爱的书写工具。


文章分类: 物理视野