-->
|
|
|
Ãëàâíàÿ >> Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêà. Òåðìîäèíàìèêà. Ôèçèêà 10 êë. Ìÿêèøåâ |
|
Ãëàâà 7. Ïîâåðõíîñòíîå íàòÿæåíèå â æèäêîñòÿõ § 7.1. Ïîâåðõíîñòíîå íàòÿæåíèå îêðóæàþùåì íàñ ìèðå íàðÿäó ñ òÿãîòåíèåì, óïðóãîñòüþ è òðåíèåì äåéñòâóåò åùå îäíà ñèëà, íà êîòîðóþ ìû îáû÷íî ìàëî èëè ñîâñåì íå îáðàùàåì âíèìàíèÿ. Ñèëà ýòà ñðàâíèòåëüíî íåâåëèêà, åå äåéñòâèå íèêîãäà íå âûçûâàåò âïå÷àòëÿþùèõ ýôôåêòîâ. Òåì íå ìåíåå ìû íå ìîæåì íàëèòü âîäû â ñòàêàí, âîîáùå íè÷åãî íå ìîæåì ïðîäåëàòü ñ êàêîé-ëèáî æèäêîñòüþ áåç òîãî, ÷òîáû íå ïðèâåñòè â äåéñòâèå ñèëû, î êîòîðûõ ó íàñ ñåé÷àñ ïîéäåò ðå÷ü. Ýòî ñèëû ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿæåíèÿ.
Ïîâåðõíîñòíûå ýôôåêòûÊ âûçûâàåìûì ïîâåðõíîñòíûì íàòÿæåíèåì ýôôåêòàì ìû íàñòîëüêî ïðèâûêëè, ÷òî íå çàìå÷àåì èõ, åñëè íå ðàçâëåêàåìñÿ ïóñêàíèåì ìûëüíûõ ïóçûðåé. Îäíàêî â ïðèðîäå è íàøåé æèçíè îíè èãðàþò íåìàëóþ ðîëü. Áåç íèõ ìû íå ìîãëè áû ïèñàòü ÷åðíèëàìè. Îáû÷íàÿ ðó÷êà íå çà÷åðïíóëà áû ÷åðíèë èç ÷åðíèëüíèöû, à àâòîìàòè÷åñêàÿ ñðàçó æå ïîñòàâèëà áû áîëüøóþ êëÿêñó, îïîðîæíèâ âåñü ñâîé ðåçåðâóàð. Íåëüçÿ áûëî áû íàìûëèòü ðóêè, ïåíà íå îáðàçîâûâàëàñü áû. Ñëàáûé äîæäèê ïðîìî÷èë áû îäåæäó íàñêâîçü, à ðàäóãó íåëüçÿ áûëî áû âèäåòü íè ïðè êàêîé ïîãîäå. Íàðóøèëñÿ áû âîäíûé ðåæèì ïî÷âû, ÷òî îêàçàëîñü áû ãèáåëüíûì äëÿ ðàñòåíèé. Ïðîùå âñåãî óëîâèòü õàðàêòåð ñèë ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿæåíèÿ, íàáëþäàÿ îáðàçîâàíèå êàïëè ó ïëîõî çàêðûòîãî èëè íåèñïðàâíîãî êðàíà. Âñìîòðèòåñü âíèìàòåëüíî, êàê ïîñòåïåííî ðàñòåò êàïëÿ, îáðàçóåòñÿ ñóæåíèå — øåéêà, è êàïëÿ îòðûâàåòñÿ (ðèñ. 7.1). Íå íóæíî ìíîãî ôàíòàçèè, ÷òîáû ïðåäñòàâèòü ñåáå, ÷òî âîäà êàê áû çàêëþ÷åíà â ýëàñòè÷íûé ìåøî÷åê, è ýòîò ìåøî÷åê ðàçðûâàåòñÿ, êîãäà åãî ïðî÷íîñòü ñòàíîâèòñÿ íåäîñòàòî÷íîé äëÿ óäåðæàíèÿ áîëüøîé ìàññû âîäû.  äåéñòâèòåëüíîñòè, êîíå÷íî, íèêàêîãî ìåøî÷êà íåò, íî ñàì ïîâåðõíîñòíûé ñëîé âîäû âåäåò ñåáÿ êàê ðàñòÿíóòàÿ ýëàñòè÷íàÿ ïëåíêà. Òàêîå æå âïå÷àòëåíèå ïðîèçâîäèò ïëåíêà ìûëüíîãî ïóçûðÿ. Îíà ïîõîäèò íà òîíêóþ ðàñòÿíóòóþ ðåçèíó äåòñêîãî øàðèêà. Åñëè âûíóòü ñîëîìèíêó èçî ðòà, òî èç ïóçûðÿ âûéäåò âîçäóõ è ïóçûðü ñîæìåòñÿ. Îñòîðîæíî ïîëîæèòå èãëó (èëè ëåçâèå áåçîïàñíîé áðèòâû) íà ïîâåðõíîñòü âîäû. Ïîâåðõíîñòíàÿ ïëåíêà ïðîãíåòñÿ è íå äàñò èãëå (ëåçâèþ) óòîíóòü (ðèñ. 7.2). Ïî òîé æå ïðè÷èíå ëåãêèå âîäîìåðêè ìîãóò áûñòðî ñêîëüçèòü ïî ïîâåðõíîñòè âîäû, êàê êîíüêîáåæöû íà ëüäó (ðèñ. 7.3).
Ïðîãèá ïëåíêè íå ïîçâîëÿåò âûëèâàòüñÿ âîäå, îñòîðîæíî íàëèòîé â äîñòàòî÷íî ÷àñòîå ðåøåòî. Òàê ÷òî ìîæíî «íîñèòü âîäó â ðåøåòå». Ýòî ïîêàçûâàåò, êàê òðóäíî ïîðîé, äàæå ïðè æåëàíèè, ñêàçàòü íàñòîÿùóþ áåññìûñëèöó. Òêàíü — òî æå ðåøåòî, îáðàçîâàííîå ïåðåïëåòåíèåì íèòåé. Ïîâåðõíîñòíîå íàòÿæåíèå ïðåïÿòñòâóåò ïðîñà÷èâàíèþ âîäû ñêâîçü òêàíü, è ïîýòîìó îíà íå ïðîìîêíåò íàñêâîçü ìãíîâåííî. Ïîâåðõíîñòü æèäêîñòè ñòðåìèòñÿ ê ñîêðàùåíèþÌíîãî÷èñëåííûå íàáëþäåíèÿ è îïûòû ïîêàçûâàþò, ÷òî æèäêîñòü ïðèíèìàåò òàêóþ ôîðìó, ïðè êîòîðîé åå ñâîáîäíàÿ ïîâåðõíîñòü èìååò íàèìåíüøóþ ïëîùàäü.  ñâîåì ñòðåìëåíèè ñîêðàòèòüñÿ ïîâåðõíîñòíàÿ ïëåíêà ïðèäàâàëà áû æèäêîñòè ñôåðè÷åñêóþ ôîðìó, åñëè áû íå ïðèòÿæåíèå ê Çåìëå. ×åì ìåíüøå êàïåëüêà, òåì áîëüøóþ ðîëü èãðàþò ïîâåðõíîñòíûå ñèëû ïî ñðàâíåíèþ ñ îáúåìíûìè (ñèëàìè òÿãîòåíèÿ). Ïîýòîìó ìàëåíüêèå êàïåëüêè ðîñû áëèçêè ïî ôîðìå ê øàðó. Ïðè ñâîáîäíîì ïàäåíèè âîçíèêàåò ñîñòîÿíèå íåâåñîìîñòè, è ïîýòîìó äîæäåâûå êàïëè ïî÷òè ñòðîãî øàðîîáðàçíû*. Èç-çà ïðåëîìëåíèÿ ñîëíå÷íûõ ëó÷åé â ýòèõ êàïëÿõ âîçíèêàåò ðàäóãà. Íå áóäü êàïëè ñôåðè÷åñêèìè, íå áûëî áû è ðàäóãè. * Íåáîëüøîå îòñòóïëåíèå îò ñôåðè÷íîñòè êàïåëü âûçâàíî ñîïðîòèâëåíèåì âîçäóõà.  êîñìè÷åñêîì êîðàáëå, íàõîäÿùåìñÿ â ñîñòîÿíèè íåâåñîìîñòè, øàðîîáðàçíóþ ôîðìó ïðèíèìàþò íå òîëüêî îòäåëüíûå êàïëè, íî è æèäêîñòè áîëüøîé ìàññû. Æèäêîñòü ìîæåò ïðèîáðåñòè øàðîîáðàçíóþ ôîðìó è â çåìíûõ óñëîâèÿõ, åñëè ñêîìïåíñèðîâàòü êàêèì-ëèáî ñïîñîáîì ñèëó òÿæåñòè. Èíòåðåñíûé îïûò áûë âûïîëíåí áåëüãèéñêèì ôèçèêîì Æ. Ïëàòî. Äëÿ ïðîâåäåíèÿ ýòîãî îïûòà áîëüøóþ êàïëþ àíèëèíà íàäî ââåñòè â ðàñòâîð ïîâàðåííîé ñîëè, ïëîòíîñòü êîòîðîãî ðàâíà ïëîòíîñòè àíèëèíà. Êàïëÿ áóäåò íàõîäèòüñÿ â ðàâíîâåñèè, òàê êàê ñèëà òÿæåñòè, äåéñòâóþùàÿ íà êàïëþ, óðàâíîâåøèâàåòñÿ àðõèìåäîâîé ñèëîé.  ýòîì ñëó÷àå êàïëÿ ïðèíèìàåò ôîðìó øàðà (ðèñ. 7.4).
Ðàññìîòðèì åùå íåñêîëüêî îïûòîâ, ïîäòâåðæäàþùèõ ñòðåìëåíèå æèäêîñòè óìåíüøèòü ïîâåðõíîñòü ñîïðèêîñíîâåíèÿ ñ âîçäóõîì èëè ïàðîì ýòîé æèäêîñòè. Òàêèå æå ÿâëåíèÿ íàáëþäàþòñÿ íà ãðàíèöå äâóõ íåñìåøèâàþùèõñÿ æèäêîñòåé. 1. Íà ñëåãêà âîãíóòîå ÷àñîâîå ñòåêëî íàëüåì î÷åíü ñëàáûé âîäíûé ðàñòâîð ñåðíîé êèñëîòû. Çàòåì ïðè ïîìîùè ïèïåòêè âûïóñòèì â ðàñòâîð ñòðóåé ìíîæåñòâî êàïåëåê ðòóòè (ðèñ. 7.5, à). Âñêîðå ýòè ìàëåíüêèå êàïëè ðòóòè ñîëüþòñÿ â îäíó áîëüøóþ êàïëþ (ðèñ. 7.5, á), ïëîùàäü ïîâåðõíîñòè êîòîðîé ìåíüøå ñóììàðíîé ïëîùàäè ïîâåðõíîñòåé ìíîæåñòâà ìåëêèõ êàïåëü.
2. Ê äâóì òî÷êàì ïðîâîëî÷íîãî êàðêàñà ïðèâÿæåì íèòü, äëèíà êîòîðîé áîëüøå äèàìåòðà êàðêàñà. Ïîãðóçèâ êàðêàñ â ðàñòâîð ìûëà, ïîëó÷èì ìûëüíóþ ïëåíêó, íà êîòîðîé íèòü áóäåò ëåæàòü â ïðîèçâîëüíîì ïîëîæåíèè (ðèñ. 7.6, à). Åñëè ïðîêîëîòü ïëåíêó ñ îäíîé ñòîðîíû íèòè, òî ïëåíêà, îñòàâøàÿñÿ ïî äðóãóþ ñòîðîíó íèòè, ñîêðàùàÿñü, íàòÿíåò íèòü òàê, êàê ïîêàçàíî íà ðèñóíêå 7.6, á.
3. Ïðåäûäóùèé îïûò ìîæíî âèäîèçìåíèòü, ïîëîæèâ íà ïëåíêó, îáðàçîâàííóþ â ïðîâîëî÷íîì êàðêàñå, ïåòëþ (ðèñ. 7.7, à). Åñëè ïðîðâàòü ïëåíêó âíóòðè ïåòëè, òî îíà ïðèìåò ôîðìó îêðóæíîñòè (ðèñ. 7.7, á). 4. Åñëè ïëåíêè îáðàçóþòñÿ íà ïðîâîëî÷íûõ êàðêàñàõ, èìåþùèõ ðàçëè÷íûå ãåîìåòðè÷åñêèå ôîðìû (êóá, òåòðàýäð è äð.), òî äëÿ êàæäîãî êàðêàñà ïëåíêà âñåãäà óñòàíàâëèâàåòñÿ ñîâåðøåííî îïðåäåëåííûì îáðàçîì, ïðè êîòîðîì åå ïîâåðõíîñòü èìååò íàèìåíüøóþ ïëîùàäü (ðèñ. 7.8, à, á).
|
|
|