С поверхностным натяжением жидкости связаны капиллярные явления.
Опустим в любую жидкость стеклянную трубу диаметром 10 см. Очевидно, что уровень жидкости в трубе будет таким же, как и в сосуде, в который она заключена. Теперь возьмем чистую стеклянную трубку диаметром 1 мм и опустим ее в воду. Уровень воды в трубке будет выше, чем в сосуде. Опустив же трубку в ртуть, мы убедимся, что уровень ртути в трубке будет ниже, чем в сосуде. Объяснить это явление несложно.
Вода смачивает поверхность стекла и, следовательно, молекулы воды, прилегающие к стеклу, взаимодействуют со стеклом сильнее, чем с соседними молекулами воды, вода поднимается, стремясь растечься по стеклу. Молекулярные силы подняли бы воду до самого конца трубки, если бы в противоположном направлении, вниз, не действовала сила тяжести. Но сила тяжести действует и вода будет подниматься по трубке до тех пор, пока сила поверхностного натяжения мениска, как называют криволинейную поверхность жидкости, не уравновесится силой тяжести. Понятно и то, почему это явление, получившее название капиллярность, заметно только в узких, капиллярных, трубках. Сила поверхностного натяжения в соответствии с (85) возрастает прямо пропорционально радиусу трубки, а сила тяжести, приходящаяся на единицу высоты — прямо пропорционально квадрату радиуса трубки (см. задачу № 100).
В случае ртути или другой несмачивающей стекло жидкости взаимодействие между молекулами жидкости больше, чем между ними и стеклом. Жидкость уходит вниз. До какого уровня? В сущности мы имеем дело с сообщающимися сосудами — узкая трубка и колба, в которой находится жидкость. Значит давление в обоих коленах должно быть одинаковым. А отсюда следует, что под выпуклой поверхностью жидкости, а именно такую форму принимает поверхность несмачивающей жидкости в узкой трубке, существует добавочное давление. Добавочное давление существует и под вогнутой поверхностью смачивающей жидкости, но оно отрицательно. Это видно, где показаны силы поверхностного натяжения, приложенные к некоторой точке выпуклой и вогнутой поверхностей и их результирующая, направленная в одном случае вниз (положительное добавочное давление), а в другом случае вверх (отрицательное добавочное давление). Это давление зависит только от коэффициента поверхностного натяжения и формы поверхности.
Загрузка...