容易想象，一般地，浮在水面上的物體距離較近時(shí)會(huì)有明顯的相互靠近的趨勢(shì)。例如，在有水的盆子里放入一些泡沫塑料顆粒或小木塊(小木屑也行)，它們會(huì)有明顯的聚集在一起的趨勢(shì)，且會(huì)聚集到盆子邊緣。但進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)就會(huì)發(fā)現(xiàn)一些奇怪的現(xiàn)象。

若水盆的水足夠多，以至于水的液面高過(guò)了盆子邊緣，盆里的泡沫塑料就不會(huì)貼著盆子了，而且反而盆子邊緣會(huì)對(duì)泡沫塑料產(chǎn)生一種排斥作用。

于是猜測(cè)吸引或排斥與液面形狀有關(guān)。一般地，水會(huì)在浮在水面的物體的接觸面上“爬”一點(diǎn)，就是浸潤(rùn)，于是再做實(shí)驗(yàn):使物體和水不浸潤(rùn)。由于手頭沒(méi)有蠟，我用硬塑料卡片來(lái)模擬非浸潤(rùn)?？ㄆ芏缺人?，躺放水面上的時(shí)候，是水的張力托住了卡片。于是水與卡片接觸的位置比水面低，這就模擬了一個(gè)非浸潤(rùn)的情形;而容器壁的非浸潤(rùn)也很好模擬，如上段所述，只要把水裝到比容器口高就行。

如此觀察浸潤(rùn)與非浸潤(rùn)物體之間(容器壁也可看作物體)的吸引與排斥情況，得出結(jié)論:

浸潤(rùn)與浸潤(rùn)間:相互吸引

浸潤(rùn)與非浸潤(rùn)間:相互排斥

非浸潤(rùn)與非浸潤(rùn)間:相互吸引

為何會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？能否嚴(yán)格地用數(shù)學(xué)證明并推導(dǎo)出相關(guān)等效力的公式？

解答：

終于抽點(diǎn)時(shí)間完成這一問(wèn)題，關(guān)于所謂的數(shù)學(xué)推導(dǎo)我會(huì)附上參考文獻(xiàn)。在這兒只是做科普定性分析。先說(shuō)結(jié)果，樓主的結(jié)論是完全正確的，其原因是親疏水物體在水面上引起表面張力的對(duì)稱性變化。

我們由水面上兩個(gè)球形的物體做理想分析，現(xiàn)在先看親水的球形的物體在水面上使水面升高的情形。如圖1所示，親水物體由于其毛細(xì)作用，附近水面上升，不過(guò)水面升高后以指數(shù)函數(shù)在兩側(cè)下降，其影響距離大致為毛細(xì)作用力的距離，即2.7 mm。大于2.7 mm時(shí)，重力與表面張力相比重力占據(jù)主導(dǎo)地位，液面幾乎不再上升。

圖1親水物體使周圍水面升高，影響范圍約為2.7mm，此時(shí)液體表面張力垂直向下

下面開(kāi)始考慮兩個(gè)親水物體。如圖2所示，兩個(gè)親水的物體距離很遠(yuǎn)時(shí)，各自引起水面上升，由于每個(gè)只能影響2.7 mm的區(qū)域，所以互不影響。

圖2當(dāng)親水球體距離很大時(shí)，每個(gè)表面張力的合理都向下，互不影響

這時(shí)，讓兩個(gè)親水的物體緩慢靠近，當(dāng)一個(gè)處于另外一個(gè)的毛細(xì)作用力范圍時(shí)，由于毛細(xì)作用的相互耦合作用，兩個(gè)球形顆粒之間的液面會(huì)比兩側(cè)要高，這就打破了原來(lái)每個(gè)球形顆粒所受液體表面張力的對(duì)稱性，使表面張力的合力不再是垂直向下。出現(xiàn)了水平方向的分力，表現(xiàn)為相互吸引，如圖3。

圖3兩個(gè)親水物體相互靠近時(shí)，互相毛細(xì)作用下，中間液面比兩側(cè)較高，表現(xiàn)為相互吸引

同樣的分析也適用于疏水顆粒之間，如圖4所示，疏水的顆粒使周圍的液體液面下降，作用范圍同樣為2.7 mm，液面從顆粒向兩側(cè)以指數(shù)函數(shù)上升。

圖4單個(gè)疏水顆粒的表面張力合力向上

當(dāng)兩個(gè)疏水顆粒距離較遠(yuǎn)時(shí)，毛細(xì)作用力互不影響，不再畫(huà)出。但是一旦相互靠近，同樣的作用下，毛細(xì)作用力的耦合作用使顆粒之間的液面要比兩側(cè)都低，這同樣打破了原來(lái)單個(gè)顆粒兩側(cè)表面張力的對(duì)稱性，出現(xiàn)了水平方向上的合力，其效果使之相互吸引，如圖5所示

圖5兩個(gè)疏水顆粒在水平表面張力分力下相互吸引

那么一個(gè)親水顆粒和一個(gè)疏水顆粒呢？

當(dāng)其距離很遠(yuǎn)時(shí)，互不影響，如圖6所示。

圖6親疏水顆粒距離較遠(yuǎn)，各自所受表面張力時(shí)對(duì)稱的，沒(méi)有水平分力

當(dāng)其相互靠近時(shí)，親水的顆粒的毛細(xì)作用力使疏水的顆粒附近液面升高。疏水的顆粒使親水的顆粒附近的液面下降，其效果如圖7所示。這同樣打破了原來(lái)表面張力的對(duì)稱性，然而這時(shí)出現(xiàn)的表面張力為互相排斥。

圖7親水疏水顆粒相互使液面變化，打破原來(lái)所受表面張力的對(duì)稱性，出現(xiàn)相互排斥的表面張力

其規(guī)律是：親水的物體使液面升高，親水的物體之間靠近有加強(qiáng)作用，使中間的液面比兩側(cè)要高。同理，疏水的使中間液面更低。而這兩者都表現(xiàn)為相互吸引。

親水的使疏水的固體附近液面沒(méi)那么低，疏水的使親水的物體附近液面沒(méi)那么高，表面為相互排斥。

定量分析參考文獻(xiàn)為：

Peter A.Kralchevsky,Nikolai D.Denkov.“Capillary forces and structuring in layers of colloid particles”Current Opinion in Colloid&Interface Science 6(2001).383-401.

2.R.Di Leonardo,1 F.Saglimbeni,2 and G.Ruocco.“Very-Long-Range Nature of Capillary Interactions in Liquid Films”Phys.Rev.Lett.100,106103(2008)