Мобильная версия пока недоступна

К сожалению, сайт пока не адаптирован для мобильных устройств. Откройте его на компьютере или ноутбуке.

К содержанию

Поверхностное натяжение

3 мин Ур. 1β 7 Тема
Расположение текста
Все настройки

Почему небольшие количества воды собираются в капли, а не растекаются по любой поверхности тончайшим ровным слоем? Молекулы жидкости притягиваются друг к другу недостаточно сильно, чтобы создать жёсткую структуру твёрдого тела и обладать свойством упругости: приложение сколь угодно малой силы деформирует жидкость безвозвратно (в этом и состоит её текучесть). Но достаточно сильно, чтобы держаться вблизи друг друга.

Молекулы жидкости ведут себя так, словно "хотят" иметь как можно больше соседей (в этом и состоит сущность притяжения). А меньше всего соседей у молекул, находящихся на поверхности жидкости. Поэтому предоставленная самой себе, жидкость "пытается" принять такую форму, в которой как можно меньше молекул окажется на поверхности. Математика позволяет доказать, что форма, соответствующая наименьшей возможной поверхности для любого выбранного объёма жидкости — это шар.

Падающие капли принимают практически идеальную форму шара.
Падающие капли принимают практически идеальную форму шара.

Поэтому жидкость, не подверженная воздействию других сил, собирается в капли, имеющие приблизительно шарообразную форму. На Земле очень трудно находиться вне воздействия других сил: как мы будем говорить позже, всё на нашей планете находится под действием её тяготения, которое тем сильнее, чем тяжелее тело. Поэтому получить крупную свободную каплю на Земле невозможно (но маленькие объёмы жидкости разбиваются почти на идеальные шарики). А вот, допустим, на орбитальной станции царит невесомость (почему — обсудим позже). В условиях невесомости даже довольно большие объёмы воды принимают приближенно шарообразную форму.

Капля воды на МКС
Капля воды на МКС

Свойство жидкостей "стягивать" свою поверхность до возможного минимума называется поверхностным натяжением. Любая жидкость ведёт себя так, как если бы она была заключена в натянутую резиновую оболочку, старающуюся уменьшить площадь своей поверхности, вроде воздушного шарика, принимающего форму шара по той же самой причине. Только оболочка этих "шариков" не такая тугая, поэтому под действием других внешних сил капли жидкости принимают более сложные формы.

Форма мыльных пузырей — тоже результат действия поверхностного натяжения.
Форма мыльных пузырей — тоже результат действия поверхностного натяжения.

Чтобы жидкость прошла через очень маленькое отверстие или чтобы очень маленький предмет прошёл сквозь жидкость, потребуется разорвать поверхность жидкости, временно увеличив её площадь. Поверхностное натяжение сопротивляется этому, что позволяет, например, мелким насекомым буквально ходить по воде.

Водомерка держится на поверхности воды благодаря силе поверхностного натяжения.
Водомерка держится на поверхности воды благодаря силе поверхностного натяжения.

Резюме:

  • Молекулы на поверхности жидкости имеют меньше "соседей", чем во всех других её точках.
  • Силы притяжения между молекулами пытаются уменьшить число таких обездоленных молекул, приводя к формированию капель приблизительно шарообразной формы.
Далее