Из-за сохранения объёма жидкость способна образовывать свободную поверхность. Такая поверхность является поверхностью раздела фаз данного вещества: по одну сторону находится жидкая фаза, по другую — газообразная (пар), и, возможно, другие газы, например, воздух.
Если жидкая и газообразная фазы одного и того же вещества соприкасаются, возникают силы, которые стремятся уменьшить площадь поверхности раздела — силы поверхностного натяжения. Поверхность раздела ведёт себя как упругая мембрана, которая стремится стянуться.
Поверхностное натяжение может быть объяснено следующим образом.
Поведение молекулы внутри жидкости и молекулы, находящейся у поверхности раздела (например, жидкость–газ), различно. Равнодействующая всех сил, действующих на молекулу, находящуюся внутри жидкости, со стороны всех соседей в среднем равна нулю (см. рисунок 10.2, стрелками обозначены силы, действующие на молекулу со стороны других молекул, которые её окружают). Если молекула находится на поверхности жидкости, то она взаимодействует с меньшим числом молекул, т.к. нет воздействия на данную молекулу со стороны газа на границе раздела. Вблизи поверхности раздела действуют силы поверхностного натяжения, которые втягивают молекулу внутрь жидкости.
|
|
Рисунок 10.2. Силы, действующие на молекулу, находящуюся в глубине жидкости, и на поверхности жидкости
Таким образом, поверхностное натяжение может быть объяснено притяжением между молекулами жидкости. Каждая молекула притягивает другие молекулы, стремится «окружить» себя ими, а значит, уйти с поверхности. Соответственно, поверхность стремится уменьшиться.
Поэтому мыльные пузыри и пузыри при кипении стремятся принять сферическую форму: при данном объёме минимальной поверхностью обладает шар. Если на жидкость действуют только силы поверхностного натяжения, она обязательно примет сферическую форму — например, капли воды в невесомости.
Маленькие объекты с плотностью, большей плотности жидкости, способны «плавать» на поверхности жидкости, так как сила тяготения меньше силы, препятствующей увеличению площади поверхности.
Контрольные вопросы
1. Сравните структурные свойства жидкостей с газом и твёрдыми веществами.
2. Перечислите основные свойства жидкостей.
3. Как определяется плотность и удельный вес жидкости?
4. Какие параметры характеризуют упругие свойства жидкостей?
5. Объясните понятие вязкости жидкостей. Каково влияние на нее температуры?
6. Как связаны между собой коэффициенты динамической и кинематической вязкости?
7. Объясните явление температурного расширения жидкости. Чем отличается в этом отношении поведение воды?
8. Чем объясняется поверхностное натяжение жидкости?