衣服被大力拉松後，是不是分子間的結構被改變了？

01-13

一直很好奇這個問題，雖然意識上覺得分子層面應該不會輕易改變，但是，假設我現在買了一件新的棉類衣服，在我大力的拉扯下，衣服變得很松，在外觀上，衣服已經變了，那麼改變的是不是分子間的間距呢？如果不是，那又是什麼？是什麼東西改變了，致使外觀變化了呢？

評論區質疑比較多，我也感覺僅從分子間作用力解釋這個太單薄了。

@張沛的答案寫到了自己在看這個提問及我的回答後一些思考過程，其中提到的一個知乎提問給了我很大啟發：

如何從分子層面解釋聚合物的彈性？ - 物理學

問題的回答者多從事於高分子領域，他們的回答還是非常有價值的，結合他們的回答，我再補充一下這個問題。

首先需要達成一個共識，拉扯衣服以致其變形主要涉及衣服高分子纖維的彈性問題，而彈性問題是建立在分子層面的。

衣服的材質很多，我們還是拿題主說的棉為例，借鑒一下劉大腦洞博士的例子：

把棉纖維的一根分子鏈想像成一根很長很長的小彈簧，那麼一根棉纖維就是許多根交纏到一起的小彈簧。當我們大力拉伸衣服，還是一根根棉纖維在受力，那麼就相當於拉一堆相互糾纏的小彈簧。會發生什麼情況呢？

1、單根小彈簧被拉長了。小彈簧把我們對它做的功儲存成了彈性勢能，當我們放開彈簧後，彈簧縮回原來的長度。這個是分子內作用力，各種化合鍵的作用。

2、彈簧和彈簧之間發生移動。每根高分子鏈很長但沒有長到一根鏈承擔所有力，衣服被拉松，可以理解為這堆小彈簧之間發生了不可逆轉的相對移動。這個就是分子間作用力改變，分子間的結構改變了。

所以，大力拉扯衣服導致其變形的過程涉及到了分子間結構的改變。

原答案：

這個問題挺有意思的，一個人在火車上無聊，出來瞎掰一下。

分子力(molecular force)，又稱分子間作用力、范得瓦耳斯力，是指分子間的相互作用。當二分子相距較遠時，主要表現為吸引力，這種力主要來源於一個分子被另一個分子隨時間迅速變化的電偶極矩所極化而引起的相互作用；當二分子非常接近時，則排斥力成為主要的，這是由於各分子的外層電子云開始重疊而產生的排斥作用。

分子間作用力隨分子間距變化曲線如下：

分子間距大於R0表現為吸引力，分子間距小於R0表現為斥力，沒有外力作用（沒有拉扯衣服）的情況下，分子間維持在一個比較穩定的距離即R0。

在較小的外力作用（輕微拉扯衣服）後，分子間隨之產生的作用力（吸引力）會讓分子間距還原到原來穩定的間距RO（即發生彈性形變），這時候可以認為分子間結構沒有變化。

在較大的外力作用（用力拉扯衣服）後，也就是題主所說的情況，分子間距的改變超出了其自動還原的範圍，分子間距不能再還原到原來的穩定間距R0（即發生塑性形變，衣服變松），產生新的穩態，所以可以認為分子間結構發生了改變。

不當之處歡迎指正!

雖然我並沒有物理相關的專業背景，無法給出理論上的解釋，但是還是記錄一下自己作為一個門外漢在這個問題上的思考歷程，看能不能藉助搜索引擎找到一個理想的答案。

看了@文青的答案，立刻回顧了一下分子間作用力的定義。

分子間作用力（Intermolecular force），亦稱分子間引力，指存在於分子與分子之間或高分子化合物分子內官能基之間的作用力，簡稱分子間力。它主要包括：

范德華力（van der Waal force）：起初為了修正范德華方程而提出。普遍存在於固、液、氣態任何微粒之間，與距離六次方成反比。根據來源不同又可分為：

分散力：瞬時偶極之間的電性引力；

取向力：固有偶極之間的電性引力；

誘導力：誘導偶極與固有偶極之間的電性引力。

次級鍵(secondary bond)：鍵長長於共價鍵、離子鍵、金屬鍵，但短於范德華相互作用的微觀粒子相互作用。

氫鍵（Hydrogen bonding）：X-H…Y類型的作用力。

非金屬原子間次級鍵。如存在於碘單質晶體中。

金屬原子與非金屬原子間次級鍵。如存在於金屬配合物中。

親金作用、親銀作用。

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%88%86%E5%AD%90%E9%97%B4%E4%BD%9C%E7%94%A8%E5%8A%9B

可以看到在描述中高分子化合物之間的作用力是符合對衣服材質的樸素認識。

我回憶了一下在中學和大學中的課堂記憶，如果把衣服想像成一件緻密而連續的物體，似乎這個答案就像@文青中所說的那樣了。

但是隱隱約約又覺得有些不對，從分子這個尺度上去描述衣物拉扯的過程還是顯得太微觀了，誠然在微觀層面上必然發生了些什麼，但是我想去找到連接微觀和宏觀的這個橋樑。

我想到了自己在日常生活中拉扯滌綸材質衣服時的經歷，當我把衣服拉到很薄的時候，我可以用肉眼看到縱橫編織中的空洞，這讓我若有所思。

我想到了材料，不同的材料對力的感應有所不同，我嘗試去檢索這個關鍵字

材料力學研究材料在各種力和力矩的作用下所產生的應力和應變，以及剛度和強度的問題。通常是機械工程、土木工程和建築工程以及相關專業的大學生必須修讀的課程，通常在修讀材料力學之前，會要求先修讀應用力學。
材料力學的研究對象主要是棒狀材料，如桿、梁、軸等。對於桁架結構的問題在結構力學中討論，彈性結構的問題在彈性力學中討論。
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9D%90%E6%96%99%E5%8A%9B%E5%AD%A6

似乎有了一些思路，不同的材料，他們的區別在哪裡呢，尤其是在衣服這個物體上，

在上面的文字中，我找到了一個關鍵字，彈性。

想像我們在生活中去拉扯一個彈簧的經歷，彈簧由短變長，最後還原或者被扯斷，這個過程和題主的描述非常相似。把我們的衣服想像成一件由大大小小彈簧組成的物體，似乎也非常符合。

在中學的課程中，書本對彈簧變化的解釋是內力發生了變化，這顯然並不能滿足我的好奇心。我進一步檢索【彈性的微觀解釋】這個關鍵詞，排名在上的都是關於微觀經濟學中的彈性解釋，終於，我找到了一個非常接近的答案，竟然是知乎上的一個問答。

這裡給出我檢索到的知乎鏈接

如何從分子層面解釋聚合物的彈性？ - 物理學

這裡面有提到不同材料，尤其是絲線狀的聚合物的這種材料彈性變化的微觀模型，

我想我正在一步一步接近一個理想的答案了，就先寫到這裡吧。

寫到最後發現@文青的答案里早就已經提及了彈性形變和塑性形變，她的解釋應該在這兩者的基礎之上分析的，也就是彈性的基礎應該是基於分子間作用力的。

以我粗淺的見識以及模糊的第一印象。你說的這個現象根本跟分子間作用力無關，更多的是紡織工業上面的問題。

1.可能是衣服棉線編織的時候經緯之間的相對滑動；

2.需要認識到，紡織用的棉線一根是由許多纖維紡紗弄成一股構成的（參見羊毛衫，羊毛再長也不可能有毛線那麼長）。衣服的變化也有可能是棉線裡面不同的纖維之間相對滑動。

3.如果你的衣服裡面有鬆緊帶什麼的，或者說彈性比較好的尼龍（參見尼龍襪）。由於無定形態高分子的內蜷曲特性，你拉的時候會使得分子有一個「伸直」的過程，在分子再次回到蜷曲的過程中，會損失一定的能量，導致不能完全恢復。但是這個過程不大可能導致你說的衣服產生可見的變大的情況的。

至於說分子間作用力，我覺得這個說法沒多大可信。因為就算是高彈態的高分子，你這麼手拉也沒可能把它拉出分子相對滑動來，更何況衣服裡面有好多根絲，而且纖維是玻璃態或者結晶了的。

我真的很好奇這個只有四個答案的問題為何頻繁出現在我的主頁上。

高中關於氣體很經典的一個例子，往車胎里打氣，打入的空氣的體積遠遠大於車胎的體積，同時再往裡面打氣變難了。那變難是什麼原因？分子間作用力變為斥力了么？

沒到那個程度╮(╯▽╰)╭變難是因為壓強變大。衣服也是一樣，到不了那個程度，變長是因為衣服的纖維結構改變了。

宏觀是由微觀複合而成的，因此微觀往往比宏觀穩定。化學變化遠比核變化容易發生就是這個道理。你拉衣服的力達不到改變分子間微觀結構的程度。

至於拉完後衣服內部物質受力情況的改變，原先連好幾個纖維現在連一兩個，物質被平均了而已。

金屬那個栗子有點不一樣，金屬和衣服不一樣。不用考慮。

雖說衣服等是由高分子材料製成，但是是大量高分子化合物構成，拉扯主要是改變分子間的作用力。