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大树是靠什么把水送到几十米高的叶子上的问题是个“伪问题”?

已有 6854 次阅读 2012-11-26 11:24 |个人分类:镜子大全|系统分类:教学心得

大树是靠什么把水送到几十米高的叶子上的问题是个“伪问题”?
作者: mirror (*)
日期: 11/25/2012 20:58:22

修订版

这个问题貌似好回答,但说匀乎了不易。
最常见的说法是毛细现象,所谓的Jurin法则:升高与半(直)径成反比。但是把水的 表面张力(70mN/m)和树木的导管直径(10微米)带入后,得到的高度只有1m的量级。显然,毛细现象用来解释高度说不通。

毛细(管)现象的正确用法有些令人匪夷所思:所谓毛细管现象是说重力在这里已经不是支配性的作用了。毛细管中水柱的上升,已经标帜着对重力“叛逆”的开始。在这样的背景下再谈水柱带来的压力,显然就是立场上的自相矛盾了。但是这个自相矛盾不易被人察觉,有些象用白努力定律解释飞机腾空那样。

其次是说渗透压。生物领域的人喜欢用这个说法。渗透压也是可以算出来的。海水对淡水的渗透压是2.7个大气压。海水的浓度换成水柱也不过是30m高。但是有海水的浓度的话,植物都会变成咸菜了。因此渗透压的说法也不靠谱,最多是有关系。这也许就是膜蛋白的伟大之处,对水分子有个特别的通路,比物理上的半透膜要好。

这个问题虽然可以用热力学定律来解释,但有些隔靴搔痒的感觉。反思后发现,原来在思考中有个误区。这里面其实是有两个问题:
1)从山脚到山顶有拉一条封闭的干棉线(毛细材料)。在山脚下,当干棉线的一端被浸到水池后,水可以沿棉线升到多高?这是一个问题。
2)将封闭的浸湿的棉线从山脚拉到山顶。在山脚下,当该棉线的一端被浸到水池中,水可以到多高?这又是一个问题。

在第一个问题里,显然要考虑重力的问题。因为在有限的时间里(忍耐限度),单靠毛细现象水位不会上升很高。很难想象在山顶的棉线头会因毛细现象变湿了。而在第二个问题里,水位的问题、做功等等的问题,在把湿棉线拉到山顶的过程中被“解决”了。在山顶上,湿棉线头会干(燥)么?如果有部分水分蒸发了,那么邻近的富水分区域的水就要扩散到贫水的部分。这个扩散可以递传,一直连到山下的水池。如果否定了这个思路,认为变干的部分可以向下传递的话,那么到了水池处会发生干和湿的矛盾。因为水池边只有一个湿润的边界条件。

如此看来,水的问题是植物在生长过程中自然解决的,思考水是如何上去的问题反倒是“杞人忧天”了。杞人忧天是说怕天掉下来,树的事儿是问水如何能传上去。

静心一想,那水不是大树自己带上去的么?有了“第一次推(拉)动”,然后靠从树叶的水分蒸发,水就会被源源不断地“吸”上来了。所以,大树是靠什么把水送到几十米高的叶子上的答案是…………是个伪问题,或者说,是大树成长带上来的。这也许真是“娱乐精神”了呢。

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就“是”论事儿,就“事儿”论是,就“事儿”论“事儿”。


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