Глава VI. ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ
26. ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ
В окружающем нас мире наряду с тяготением, упругостью и трением действует еще одна сила, на которую мы обычно не обращаем внимания. Эта сила действует вдоль касательной к поверхностям всех жидкостей и носит название силы поверхностного натяжения. Она сравнительно невелика, но играет немаловажную роль в природе.
Действие сил поверхностного натяжения. Проще всего уловить характер сил поверхностного натяжения, наблюдая образование капли у неплотно закрытого крана. Всмотритесь внимательно, как постепенно растет капля, образуется сужение — шейка — и капля отрывается (рис. 59) Не нужно много фантазии, чтобы представить себе, что вода как бы заключена в эластичный мешочек и этот мешочек разрывается, когда его прочность становится недостаточной для удержания большой массы воды.
В действительности, конечно, ничего, кроме воды, в капле нет, но сам поверхностный слой воды ведет себя, как растянутая эластичная пленка. Такое же впечатление производит пленка мыльного пузыря. Она похожа на тонкую растянутую резину детского шарика.
Осторожно положите швейную иглу на поверхность воды. Поверхностная пленка прогнется и не даст игле утонуть. По этой же причине легкие насекомые — водомерки - могут быстро скользить по поверхности воды, как конькобежцы по льду (см. цветную вклейку 2).
Прогиб пленки не позволяет выливаться воде, осторожно налитой в достаточно частое решето. Ткань — это то же решето,
Рис. 59.
образованное переплетением нитей. Поверхностное натяжение сильно затрудняет просачивание воды сквозь нее, и поэтому ткань не промокает мгновенно.
В своем стремлении сократиться поверхностная пленка придавала бы жидкости сферическую форму, если бы сила тяжести не прижимала жидкость ко дну сосуда или другой твердой поверхности. Чем меньше капелька, тем большую роль играют поверхностные силы по сравнению с объемными (тяготением). Поэтому маленькие капельки росы близки по форме к шару (см. цветную вклейку 2). При свободном падении возникает состояние невесомости, и поэтому дождевые капли почти точно шарообразны.
В космическом корабле, находящемся в состоянии невесомости, шарообразную форму принимают не только отдельные капли, но и жидкости большой массы.
Происхождение сил поверхностного натяжения. Наглядно появление сил поверхностного натяжения можно объяснить следующим образом. Если большая группа индивидуумов обладает свойством притягивать друг друга или индивидуумы по своему желанию устремляются друг к другу, то результат будет один: они соберутся в ком, подобный пчелиному рою. Каждый индивидуум «стремится» внутрь этого кома, и поверхность кома сокращается, приближаясь к сфере.
Молекулы воды или другой жидкости, притягиваясь друг к другу, стремятся сблизиться. Каждая молекула на поверхности притягивается остальными молекулами, находящимися внутри жидкости, и поэтому имеет тенденцию к погружению вглубь. Так как жидкость текуча из-за перескоков молекул из одного «оседлого» положения в другое, то она принимает такую форму, при которой число молекул на поверхности минимально. А минимальную площадь поверхности при данном объеме имеет шар. Площадь поверхности жидкости сокращается, и воспринимается это как поверхностное натяжение.
Здесь обнаруживается, что происхождение поверхностных сил совсем иное, чем упругих сил растянутой резиновой пленки. При сокращении резины упругая сила ослабевает, а силы поверхностного натяжения никак не меняются по мере сокращения площади поверхности пленки, так как плотность жидкости, а следовательно, и среднее расстояние между молекулами на поверхности не меняются.
