на главную           домашнее задание          справочник          экзамены    

      конкурсы и олимпиады        типичные  вопросы            они создавали физику

 БУДЕМ УЧИТЬСЯ СООБЩА

Комментарий : Имеется официальное разрешение  родителей на публикацию работ и данных о ребёнке.

Привет всем. Эту страницу представляют Мария и Наталия. Материалы страницы являются результатом  работы над темой "Свойства поверхности жидкости". Надеемся, что наша работа будет для Вас  интересна и полезна.

Что вы знаете о жидкостях?

- Все жидкости состоят из молекул.

- Молекулы в жидкости находятся в постоянном движении и сохраняют ближний порядок.

- Благодаря относительно маленьким расстояниям между молекулами жидкости плохо сжимаемы, т.к.при  дальнейшем уменьшения этих расстоянии резко возрастает сила отталкивания между молекулами.

- При нагревании жидкости расширяются, т.к. увеличивается скорость движения молекул и, следовательно, увеличивается расстояние между молекулами.

А мы предлагаем Вам познакомиться со свойствами поверхности жидкости и рассмотреть поверхностные явления.

Я думаю, все в детстве выдували мыльные пузыри. Из этого занятие можно извлечь множество интересных сведений. Известно, что мыльный пузырь имеет почти правильную сферическую форму.  Капельки росы тоже имеют форму почти правильных шариков. Такую же форму имеют капли воды на парафине.

Эти явления кажутся удивительными!

Попробуем в них разобраться.

Дело в том, что молекулы на поверхности и в глубине жидкости находятся в разных условиях. Молекулы внутри жидкости взаимодействуют с соседними молекулами, окружающую её со всех сторон. Молекулы, находящиеся на поверхности, взаимодействуют  только с теми молекулами, которые находятся внутри жидкости. Значит молекулы, находящиеся на поверхности,  должны втянуться внутрь жидкости за счёт сил притяжения, но дело в том, что не все молекулы могут идти внутрь жидкости.

А поэтому молекулы на поверхности жидкости обладают большей энергией, чем те же молекулы внутри  жидкости. Чем больше поверхность жидкости, тем большее число молекул, обладающих  избыточной потенциальной энергией.

Но любая система предоставленная самой себе стремится в состояние с наименьшей потенциальной энергией. И, следовательно, на поверхности остается такое число молекул, при котором её площадь остается минимальной для данного объёма жидкости.

Из геометрии мы знаем, что из всех тел равного объема шар имеет наименьшую площадь поверхности.  Получается, что в описанных явлениях мы наблюдаем самопроизвольное сокращение поверхности жидкости, т.е. жидкость принимает такую форму, при которой площадь её поверхности оказывается минимальной. Сокращение поверхности жидкости – это самопроизвольный процесс, который ведёт к состоянию устойчивости равновесия.

Так какую же форму имеет жидкость?

Если жидкость находиться только под действием силы тяжести, как при свободном падении, все ее частицы движутся с одинаковым  ускорением, а, следовательно, с одинаковой скоростью. Поэтому расстояние между частицами жидкости не меняется, следовательно,  жидкость находится в недеформированном состоянии. Значит,  влияние одной силы тяжести на форму жидкости не влияет. Действие молекулярных сил приводит к сокращению поверхности и свободно падающая жидкость принимает форму шара (такую же форму жидкости наблюдали космонавты в орбитальных полетах).

Явления смачивания и несмачивания.

Жидкость, которая растекается пленкой по твердому телу, называют смачивающей данное твердое тело.

Жидкость, которая не растекается, а стягивается в каплю, называют несмачивающей это тело.

Все не раз замечали и знают, что маленькая капля воды растекается по чистой поверхности стекла, когда та же самая капля образует почти идеальную форму шара на поверхности листьев некоторых растений.

Чем же объясняются эти два явления?

Вокруг капли  и тела существует пространство, но оно не является пустым, там есть газ, а под каплей есть твердое тело. У этих трех тел есть граница. И во время установления равновесия капли жидкости на границе на каждый элемент будут действовать три силы – это сила поверхностного натяжения жидкости на границе с газом Fжг, сила поверхностного натяжения жидкости на границе с твердым телом Fжт и сила поверхностного натяжения твердого тела на границе с газом  Fтг. А будет ли капля растекаться или собираться в каплю зависит от соотношения этих сил.

Мениск.

Мениски – кривые поверхности, образующиеся на границе жидкости и твердого тела. Смачивающаяся жидкость образует вогнутый мениск, а несмачивающаяся – выпуклый мениск.

Капиллярные явления.

Итак, возьмем широкий сосуд и капиллярную трубку. Казалось бы однородная жидкость должна установится на одном уровне и в широком сосуде, и в капиллярной трубке. Но опыт показывает обратное, если жидкость - смачивающаяся, тогда она будет подниматься на некоторую высоту над её уровнем в широком сосуде. Если жидкость – несмачивающаяся, тогда уровень жидкости в капилляре будет ниже, чем в широком сосуде. Такие явления называют капиллярными.

Это объясняется тем, что на столб жидкости в капилляре действуют сила поверхностного натяжения со стороны твердого тела и сила тяжести со стороны Земли.  При условии, что жидкость находится в покое:

Fт = Fн