§ 256. Капиллярные явления.
В
жизни мы часто имеем дело с телами, пронизанными множеством мелких каналов
(бумага, пряжа, кожа, различные строительные материалы, почва, дерево). Приходя
в соприкосновение с водой или другими жидкостями, такие тела очень часто
впитывают их в себя. На этом основано действие полотенца при вытирании рук,
действие фитиля в керосиновой лампе и т. д.
Очень
часто жидкость, впитываясь в пористое тело, поднимается вверх; например, поднимаются
вверх чернила, впитывающиеся в промокательную бумагу (рис. 424). Подобные
явления можно также наблюдать в очень узких стеклянных трубках (рис. 425).
Узкие трубки называются капиллярными (от латинского слова capillaris — волосной).
Рис. 424.
Чернила, впитываясь в промокательную бумагу, поднимаются вверх
Рис. 425. В
узких стеклянных вода стоит выше, чем в широком сосуде
Опустим
такую трубку в жидкость. Если жидкость смачивает стенки трубки, то она
поднимается по стенкам трубки над уровнем жидкости в сосуде и притом тем выше,
чем уже трубка (рис. 425). Если жидкость не смачивает стенки, то, наоборот,
уровень жидкости в узкой трубке устанавливается ниже, чем в широкой (рис. 426).
Как
объясняются описанные явления? В § 253 мы видели, что поверхность жидкости
около стенки изгибается вверх или вниз в зависимости от того, смачивает она
стенку или нет. В узкой трубке края жидкости образуют всю поверхность жидкости
так, что поверхность имеет вид, напоминающий полусферу (так называемый мениск),
в случае смачивающих жидкостей обращенную вверх вогнутостью, а в случае
несмачивающих — вверх выпуклостью (рис. 427). Наличие кривой поверхности
жидкости связано с наличием разности давлений (§255): под вогнутым мениском давление
жидкости меньше, чём под плоским, и это ведет к тому, что в случае вогнутого
мениска жидкость поднимается до тех пор, пока гидростатическое давление не
компенсирует разность давлений; под выпуклым мениском давление больше, чем под
плоским, и это ведет к опусканию жидкости в узких трубках.
Рис. 426.
Уровень ртути в узкой трубке ниже, чем в широкой
Рис. 427.
Форма мениска: а) смачивающей жидкости; б) несмачивающей жидкости
Таким
образом, в узкой трубке смачивающая жидкость устанавливается выше уровня в
широкой трубке, а несмачивающая устанавливается ниже уровня в широкой трубке. Высота
поднятия жидкости в капиллярной трубке тем больше, чем больше поверхностное
натяжение жидкости и чем меньше радиус трубки и плотность жидкости. Это
положение можно отнести и к твердым материалам, пронизанным тонкими каналами
неправильной формы. Если материал смачивается водой, то она втягивается в него
на тем большую высоту, чем уже каналы.
256.1.
Положите в воду кусок мела. Из него во всех направлениях начнут выходить пузырьки.
Объясните явление.
256.2. Если сложить
две стеклянные пластинки так, чтобы с одной стороны их края сходились вплотную,
а с другой — были разделены тонкой палочкой, и опустить их в воду, то вода
между пластинками поднимется (рис. 428). Чем это объяснить?
256.3.На рис. 429
изображено устройство для стекания влаги, образующейся зимой па подоконниках.
Почему вода стекает по узкой полоске тряпки прямо в бутылку?
Рис. 428. К упражнению 256.2
Рис. 429. К упражнению 256.3
256.4.Если одну и ту
же капиллярную трубку опустить один раз в холодную, а другой раз в горячую
воду, то во втором случае высота поднятия воды меньше. Как это объяснить?
256.5.
Стеклянные трубки, форма которых показана на рис. 430, полностью погружают
в воду, а затем медленно поднимают. Левая трубка состоит из тонкого капилляра 
, к которому
припаяна широкая трубка 
; правая трубка представляет собой изогнутый
капилляр 
.
Что будет наблюдаться при вытягивании трубок из воды?
Рис. 430. К
упражнению 256.5
256.6.
В воду погружены две стеклянные капиллярные трубки одного и того же
диаметра, имеющие форму, изображенную на рис. 431. Высота поднятия воды в
прямой трубке выше вершины изогнутой трубки. Не будет ли из изогнутой трубки
непрерывно течь вода, т. е. не будет ли такая трубка служить вечным двигателем?
В чем ошибка такого предположения?
Рис. 431. К
упражнению 256.6
256.7.
Разломите кусок мела и прикоснитесь к свежему излому языком. Почему язык
«прилипает» к мелу?
