|
|
Главная >> Молекулярная физика. Термодинамика. Физика 10 класс. Мякишев |
|
Глава 7. Поверхностное натяжение в жидкостях
§ 7.4. Сила поверхностного натяжения
Силу, которая действует вдоль поверхности жидкости перпендикулярно линии, ограничивающей эту поверхность, и стремится сократить ее до минимума, называют силой поверхностного натяжения. Измерение силы поверхностного натяженияЧтобы измерить силу поверхностного натяжения, проделаем следующий опыт. Возьмем прямоугольную проволочную рамку, одна сторона которой АВ длиной l может перемещаться с малым трением в вертикальной плоскости. Погрузив рамку в сосуд с мыльным раствором, получим на ней мыльную пленку (рис. 7.11, а). Как только мы вытащим рамку из мыльного раствора, проволочка АВ сразу же придет в движение. Мыльная пленка будет сокращать свою поверхность. Следовательно, на проволочку АВ действует сила, направленная перпендикулярно проволочке в сторону пленки. Это и есть сила поверхностного натяжения. Чтобы помешать проволочке двигаться, надо к ней приложить некоторую силу. Для создания этой силы можно прикрепить к проволочке мягкую пружину, закрепленную на основании штатива (см. рис. 7.11, а). Сила упругости пружины вместе с силой тяжести, действующей на проволочку, в сумме составят результирующую силу Отсюда
От чего зависит сила поверхностного натяжения?Если проволочку переместить вниз на расстояние h, то внешняя сила F1 = 2F совершит работу А = F1h = 2Fh. (7.4.1) Согласно закону сохранения энергии эта работа равна изменению энергии (в данном случае поверхностной) пленки. Начальная поверхностная энергия мыльной пленки площадью S1 равна Un1 = 2σS1( так как пленка имеет две поверхности одинаковой площади. Конечная поверхностная энергия Un2 = 2σS2, где S2 — площадь пленки после перемещения проволочки на расстояние h. Следовательно, A = Un2 - Un1 = 2σS2 - 2σS1 = 2σ(S2 - S1). Так как S2 - S1 = lh, то A = 2σlh. (7.4.2) Приравнивая правые части выражений (7.4.1) и (7.4.2), получим 2 Fh = 2 σlh. Отсюда сила поверхностного натяжения, действующая на границу поверхностного слоя длиной l, равна F = σl. (7.4.3) Направлена сила поверхностного натяжения по касательной к поверхности перпендикулярно границе поверхностного слоя (перпендикулярно проволочке АВ в данном случае, см. рис. 7.11, а).
|
|
|