Главная > Физика > Физика для средних специальных учебных заведений
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

§ 10.4. Сила поверхностного натяжения.

Молекула которая расположена на поверхности жидкости (рис. 10.3), взаимодействует не только с молекулами, находящимися внутри жидкости, но и с молекулами на поверхности жидкости, расположенными в пределах сферы молекулярного действия. Для молекулы равнодействующая молекулярных сил, направленных вдоль поверхности

жидкости, равна нулю, а для молекулы расположенной у края поверхности, отлична от нуля. Из рис. 10.3 видно, что сила направлена по нормали к границе свободной поверхности и по касательной к самой поверхности.

Молекулярные силы, направленные вдоль поверхности жидкости, действуют на любую замкнутую линию на свободной поверхности жидкости по нормали к этой линии таким образом, что стремятся сократить площадь поверхности жидкости, ограниченную замкнутой линией.

Это можно показать на следующем опыте.

Рис. 10.3.

Рис. 10.4.

На проволочном кольце укрепляется нитка длиной (рис. 10.4, а). Если затянуть кольцо мыльной пленкой, то нитка свободно расположится на этой пленке, так как молекулярные силы будут стремиться сократить площадь поверхности, ограниченную как верхним замкнутым контуром, так и нижним. Прорвем мыльную пленку с нижней стороны нитки. Тогда молекулярные силы сократят поверхность, ограниченную верхним контуром, и натянут нитку (рис. 10.4, б).

Сила обусловленная взаимодействием молекул жидкости, вызывающая сокращение площади ее свободной поверхности и направленная по касательной к этой поверхности, называется силой поверхностного натяжения.

Покажем, что сила поверхностного натяжения действующая на поперечину (рис. 10.2, а), пропорциональна I. Работа, совершаемая силами поверхностного натяжения при перемещении поперечины I из положения 1 в положение 2, выражается формулой (10.2): При этом суммарное сокращение площади свободной поверхности жидкости равно поэтому

С другой стороны, работу А можно найти, умножив силу на путь. Поскольку в нашем примере у поверхности пленки две линии соприкосновения с поперечиной (рис. 10.2, б), то общая сила равна Таким образом, или

Отсюда

Из (10.3а) следует, что поверхностное натяжение а численно равно силе поверхностного натяжения, действующей на единицу длины границы свободной поверхности жидкости.

Вспомним, что единицей о служит но

что можно получить и непосредственно из формулы (10.3а).

Теперь легко понять, почему жидкость принимает форму, при которой площадь ее свободной поверхности оказывается наименьшей: силы молекулярного давления втягивают молекулы с поверхности внутрь жидкости, а силы поверхностного натяжения сокращают площадь свободной поверхности, т. е. закрывают образовавшиеся «окна» на этой поверхности.

Итак, поверхностный слой жидкости всегда находится в состоянии натяжения. Однако это состояние нельзя сравнивать с натяжением упругой растянутой пленки. Упругие силы возрастают по мере увеличения площади растянутой пленки, а силы поверхностного натяжения от площади поверхности жидкости не зависят. Сила в положениях 1 и 2 на рис. 10.2 одинакова, поскольку число молекул на единице площади свободной поверхности жидкости при любой величине площади остается одинаковым.

Опыт показал, что на величину о влияет среда, находящаяся над поверхностью жидкости, и температура жидкости. При повышении температуры жидкости ее поверхностное натяжение уменьшается (объясните, почему) и при критической температуре становится равным нулю (рис. 10.5). Это лишний раз показывает, что при критическом состоянии исчезает всякое различие между жидкостью и ее паром.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление