В жизни мы часто имеем дело с телами, пронизанными множеством мелких каналов (бумага, пряжа, кожа, различные строительные материалы, грунт, дерево). Сталкиваясь с водой или другими жидкостями, такие тела очень часто впитывают их в себя. На этом основывается действие полотенца во время вытирания рук, действие фитиля в керосиновой лампе и т.п..
Узкие цилиндрические трубки диаметром около миллиметра и менее называются капиллярами.
Окунем узкую трубку в жидкость. Если жидкость смачивает стенки трубки, то она поднимается по стенке трубки над уровнем жидкости в сосуде, причем тем выше, чем узкая трубка.
Если жидкость не смачивает стенок, то, наоборот, уровень жидкости в узкой трубке будет ниже, чем в широкой посуде.
Установлено, что давление под вогнутой поверхностью меньше, а под выпуклой - больше, чем во плоской. Это можно представить себе так, что во выпуклой поверхностью жидкости создается дополнительное давление, действующее вниз. Этот дополнительное давление, вероятно, зависит как от поверхностного натяжения, так и от формы поверхности.
Капиллярные явления в природе и технике
Капиллярные явления чрезвычайно распространены в природе, технике и быту:
• проникновение питательных веществ из почвы в растения;
• подъем влаги из глубоких слоев почвы;
• строительная практика;
• применение полотенец, салфеток, марли и тому подобное.
Питание растений обусловлено всасыванием из почвы влаги и питательных веществ, что возможно благодаря наличию капилляров в корневой системе и стеблях растения.
Учета капиллярности необходимо при обработке почвы. Например, для того чтобы происходило более интенсивное испарение влаги из почвы, необходимо уплотнять его. В этом случае в почве образуются капилляры и влага поднимается по ним вверх и испаряется. Чтобы уменьшить испарение, почву рыхлят, разрушая при этом капилляры, и влага дольше остается в почве.
Тела, имеющие большое количество капилляров, хорошо впитывают влагу. Благодаря этому во время вытирания рук полотенце впитывает в себя воду, керосин или расплавленный стеарин поднимаются по фитиля лампы или свечи.
Вопрос к ученикам во время изложения нового материала
1. Как связана высота подъема жидкости в стеклянной капилляре с диаметром капилляра?
2. Почему шелковая ткань плохо вытирает мокрые руки?
3. На каком физическом явлении основан употребление полотенец?
4. На какую высоту поднимется смачивающий жидкость в капилляре, если сосуд с жидкостью, в которую погружено капилляр, находится в состоянии невесомости?
5. Почему растекается чернила во время письма на бумаге плохого качества?
6. Почему вода поднимается по тонким трубкам и имеет вогнутый мениск, а ртуть опускается и ее поверхность имеет выпуклый мениск?