Такі сили, як тяжіння, пружність і тертя, впадають правді в очі; відчуваємо їх безпосередньо щодня. Однак у навколишньому світі повсякденних явищ діє одна сила, яку ми звичайно не звертаємо ніякого уваги. Сила ця порівняно невелика, його дії будь-коли викликають потужних ефектів. Вона навіть у останнім часом виключено зі програм прийомних іспитів для вступників у вузи. Проте ми можемо налити води в склянку, нічого поспіль не можемо зробити з будь-якої рідиною так, ніж запустити сили, про які в нас зараз йтиметься. Це сили поверхового натягу.
Сила поверхового натягу – це сила, обумовлена взаємним притяганням молекул рідини, спрямована дотично до його поверхні.
Дія сил поверхового натягу призводить до того, що рідина в рівновазі має мінімально можливу площа поверхні. При контакті рідини коїться з іншими тілами рідина має поверхню, відповідну мінімуму її поверхневою енергії.
Поняття «поверхове натяг» вперше ввів Я. Сегнер (1752 рік).
До викликуваним поверховим натягом ефектів ми такі звикли, що ні помічаємо їх, а то й розважаємося пусканням мильних бульбашок. Однак у природі й нашому житті вони відіграють чималу роль.
Існує досить багато різних методів визначення поверхового натягу: метод крапель, метод дротяною рамки, метод кільця, метод капілярних хвиль, метод краплі і пляшечки та інших. Метод дротяною рамки і метод кільця застосовуються для грубих вимірів поверхового натягу.
1. Метод пляшечки.
«Выдуйте мильні бульбашки і ставитеся до нього: ви можете займатися все життя його вивченням, безперервно отримувати від нього уроки фізики», – писав великий англійський фізик лорд Кельвін.
Зокрема, мильна плівка є чудовим об’єктом вивчення поверхового натягу. Сила тяжкості тут ролі не грає, оскільки мильні плівки надзвичайно тонкі та його маса дуже мізерна. Тому основну роль грають сили поверхового натягу, внаслідок чого форма плівки завжди виявляється такий, що що площею мінімально можлива у цих умовах. Чому плівка обов’язково мильна? Вся річ у структурі мильної плівки. Мыло багато так званими поверхностно-активными речовинами, кінці довгих молекул яких по-різному ставляться до води: один кінець охоче сполучається з молекулою води, інший до води байдужий. Тому мильна плівка має складної структурою: утворюючий її мильна розчин хіба що «армирован» частоколом упорядоченно розташованих молекул поверхностно-активного речовини, що до складу мила.
Повернімося до мильним міхурам. Напевно, кожному доводилося як спостерігати ці дивовижно гарні твори, а й впускати. Вони сферичны за формою і довго можуть вільно парити повітря. Тиск всередині міхура більша атмосферного. Надлишкове тиск обумовлена тим обставиною, що мильна плівка, прагнучи ще більше зменшити свою поверхню, здавлює повітря всередині міхура, причому, чим менший за нього радіус, то більшим виявляється надлишкове тиск всередині міхура.
Разработка датчика силы
... технология. В нашем случае выбираем в качестве метода преобразования силы тензорезисторный метод. 4. ОБЗОР ДАТЧИКОВ СИЛЫ Большое распространение для измерения силы получили тензорезисторные датчики, структурная схема которых представляет последовательное соединение трех ...
Вільна поверхню рідини прагне скоротитися. Це можна поспостерігати на разі, коли рідина має форму тонкої плівки. Прикладом такої міри можуть бути мильні плівки, як ті, що ви отримали дитинстві, видуваючи мильні бульбашки. Оскільки товщина мильних плівок дуже мала, рідина в плівці можна як два поверхневих шару, без урахування впливу молекул, що є між верствами. Отримавши мильні бульбашки від трубки, з допомогою якої був отримано. Ви помітите, що міхур зменшується. Це свідчить про скороченні поверхні мильної плівки.
2. Метод дротяною рамки.
Візьміть дротовий чотирикутний каркас і з’єднаєте його протилежні вершини тонкої ненатянутой ниткою. Опустив каркас в мильну воду, ви помітите, що витягнутий із води каркас затягнуть мильної плівкою. Проколовши плівку з одного боку нитки, ви не побачите, що нитку прийме форму дуги. Досвід свідчить у тому, що поверхню мильної плівки скорочується.
Властивість поверхні рідини скорочується можна як існування сил, прагнуть скоротити цю поверхню. Ці сили називають силами поверхового натягу.
З допомогою описаного нижче досвіду можна знайти метод виміру сил поверхового натягу. Якщо опустити в мильну воду дротовий каркас, вийнявши його із води, легко помітити, що верхня частина каркаса (до упора) затягнута мильної плівкою. Якщо потягнути за рухливу бік цієї рамки вниз, то плівка розтягнеться, і якщо рухливу бік відпустити, то плівка скоротиться.
Плівка, яка утворювалася на рамці, є тонкий шар рідини і має дві вільні поверхні.
Поверхностное натяг вимірюється силою, з якою поверхневий пласт діє одиницю довжини тієї чи іншої контуру на вільної поверхні рідини дотично до цієї поверхні. У Міжнародній системі одиниць їх кількість вимірюється в ньютонах на метр (1 Н/м).
3. Метод краплі.
Найпростіше вловити характер сил поверхового натягу, спостерігаючи освіту краплі у погано закритого чи несправного крана. Поки крапля мала, вона відривається: її утримують сили поверхового натягу (поверхневий пласт виконує роль своєрідного мішечка).
Чим більший крапля, тим більший роль грає потенційна енергія сили тяжкості. Вдивіться уважно, як поступово зростає крапля, утворюється звуження – шийка, і крапля відривається.
Відрив краплі відбувається у той час, коли її вагу стає рівним рівнодіючої сил поверхового натягу, діючих вздовж окружності шийки краплі. не треба багато фантазії, аби уявити, що вода хіба що криється у еластичний мішечок, і це мішечок розривається, коли вагу перевищить його міцність.
Насправді, звісно, нічого, крім води, у краплині немає, але сам поверхневий пласт води поводиться як розтягнута еластична плівка.
Поверхневий натяг і адсорбція на кордоні вода повітря
... поверхні рідина-повітря поверхневого шару не відрізняється від складу обсягу рідини і поверхневий натяг за значенням близько до середньоарифметичному значенню поверхневих натягів індивідуальних ... залежність поверхневого натягу від часу представлена на рис. 4, б. Поверхневий натяг в початковий момент часу близько до поверхневого натягу чистої води. Динамічний поверхневий натяг грає важливу ...
А бачили ви коли-небудь дуже серйозні краплі?
У умовах таких крапель немає. І це випадково – краплі великого діаметра нестійкі і розриваються на маленькі.
4. Досвід «Пробирка».
Перший погляд на чай, налитий в чашку, підтверджує відоме положення, що рідина своєї форми немає, а набуває форми судини, у який вона налита. Візьмемо пробірку, наповнену водою. Перегорнімо на книжку або листівку і поступово витягати листівку. Жодна крапля не пролилася, зате поверхню води здулася, утворивши «гірку». Усі системи прагнуть зменшити свою енергію. Так само сила поверхового натягу прагне скоротити до мінімуму площа поверхні рідини. З усіх геометричних форм кулю має при даному обсязі найменшої поверхнею. Отож власна форма рідини – кулю. Багато рідини неспроможна зберегти кулясту форму; вона змінюється під впливом сили тяжкості. Якщо усунути дію сили тяжкості, то під впливом молекулярних сил рідина прийме форму кулі.
5. Досвід «Плато»
Якщо взяти суміш води та спирту і розмістити у неї краплю рідкого олії, то якусь мить тяжкість урівноважиться силою Архімеда і зчинений масляний кулю, вільно спочиваючий в суміші. Цей кулю від розльоту по молекулам утримує сила поверхового натягу. Усунути дію сили тяжкості щодо поверхового натягу рідин вперше здогадався середині минулого століття бельгійський учений Ж. Плато, свій метод Плато застосував на дослідження різних явищ.
6. Роль поверхового натягу у житті.
Роль поверхового натягу у житті дуже різноманітна. Обережно покладіть голку на поверхню води. Поверхностная плівка прогнеться не дасть голці потонути. З цієї причини легкі водомерки можуть швидко сковзати поверхнею води, як ковзанярі кригою.
Прогин плівки не дозволить виливатися воді, обережно налитої у досить часте решето. Отже можна «носити води решеті». Це свідчить, як важко часом, навіть за бажання, сказати справжню нісенітницю. Тканина – це саме решето, освічене переплетенням ниток. Поверхностное натяг сильно утрудняє просочування води крізь нього, і тому вона промокає наскрізь миттєво.
У своєму прагненні скоротитися поверхнева плівка надавала б рідини сферичну форму, але тяжкість. Чим менший крапелька, тим більший роль грають поверхневі сили проти об’ємними (тяжінням).
Тому маленькі крапельки роси близькі формою до кулі. При вільному падінні виникає стан невагомості, і тому дощові краплі майже суворо шарообразны. Слабкий дощик промочив б нам наскрізь. Через заломлення сонячних променів у тих краплях виникає веселка. Якби краплі сферичними, було б, як свідчить теорія, і веселки.
Існують цілі види комах малих акціонерів та паукообразных, пересуваються з допомогою поверхового натягу:
1. Муравей, намагається напитися з краплі роси. Крапля «мнеться», але сила поверхового натягу це не дає комасі проникнути туди мовою. Це вода, яка тече, вода, яку важко пити.
2. Найвідоміші водомерки, які спираються на воду кінчиками лап. А сама лапка покрита водоотталкивающим нальотом. Поверховий шар води прогинається під тиском лапки, але з допомогою сили поверхового натягу водомерка залишається лежить на поверхні.
- Без цих сил ми міг би писати чорнилом. Звичайна ручка не зачерпнула б чорнила з чорнильниці, а автоматична відразу ж потрапити поставила б велику кляксу, спорожнивши весь свій резервуар;
- Не можна б намылить руки: піна не утворилася б;
- Порушилися б водний режим грунту, що б погибельним для рослин;
- Постраждали б важливі функції нашого організму.
Прояви сил поверхового натягу настільки різноманітні, що й перерахувати їх майже немає неможливо. Але чому виникають ці сили, ми маємо хоча б коротко розповісти.
Властивості рідини і газу
... классической механике есть закон сохранения импульса как наследство законов Ньютона. Однак, цей закон збереження вірний і у випадках, коли ... внутрішнього згоряння); оптимізувати виробничі процеси, пов'язані з використанням рідини або газу (аерозольне нанесення покриттів, створення оптичних ... Для опису цього були уведені дисипативні сили (наприклад сили грузлого й сухого тертя й ін.). Згодом ...
Якщо велика група індивідуумів наділена властивість приваблювати одне одного чи індивідууми з власної волі кидаються друг до друга, то результат буде один: вони зберуться хто їм, такий бджолиному рию. Кожен індивідуум «прагне» всередину цього кулі, у результаті поверхню кулі скорочується, наближаючись до сфери. Перед вами модель виникнення поверхового натягу.
Молекули води (або інший рідини), притягиваемые друг до друга силами Ван-дер-Ваальса,— і є збори індивідуумів, прагнуть зблизитися. Кожна молекула лежить на поверхні притягається своїми побратимами і тому має тенденцію до зануренню всередину як і рідких, і у твердих тілах. Але рідина, на відміну твердих тіл, текуча через перескоків молекул вже з «осідлого» положення у інше. Це дозволяє рідини набувати форми, коли він число молекул лежить на поверхні було б мінімальним, а мінімальну поверхню при даному обсязі має кулю. Поверхня рідини скорочується, і ми сприймаємо це як поверхове натяг.
Тут можна знайти, що походження поверхневих сил зовсім інше, ніж пружних сил розтягнутої гумової плівки. І ця справді так. При скороченні гуми пружна сила слабшає, а сили поверхового натягу неможливо змінюються принаймні скорочення поверхні плівки, тому що середню відстань між молекулами не змінюється.
Отже, виникнення поверхневих сил не можна пояснити настільки це й наочно, як сил пружності, де всі пов’язана зі зміною відстаней між молекулами. Тут усе складніше, бо сили поверхового натягу виявляючись у складної перебудові форми всієї рідини без зміни її обсягу.
Розглянуто методи лікування й технічні засоби збору нафтопродуктів із поверхні води. За підсумками аналізу, зокрема і теоретичного, з урахуванням закордонного досвіду обгрунтований пріоритет методу збору нафти із поверхні невеликих акваторій з допомогою сил поверхового натягу, а при аварійних розливах – пріоритет методу відцентровій сепарації на полі слабких сил.
Нафта і його продукти водами поверхового стоку можуть міститися у двох станах. Перше стан – емульсійна, коли двухфазная рідина є неоднорідну систему, що складається з крапель води, розподілених між молекулами нафти чи його продуктів. Розмір частинок в эмульсиях становить 10 -7 – 10-5 м. Друге стан – стратифицированная рідина, незалежно від товщини нафти чи його продуктів лежить на поверхні води.
При эмульсионном стані нафти і його продуктів у питній воді їх виділення найбільш доступно такими методами:
- сепарація на полі великих відцентрових сил. Метод реалізується на центрифугах разом й характеризується можливістю обробки лише невеликі обсяги води та високими енерговитратами, яка дозволяє використати його при очищенні вод поверхового стоку;
- фільтрування, як у напірних, і на безнапорных фільтрах.
7. Укладання:
У першій половині ХІХ століття з урахуванням ставлення до поверхневому натягу була розвинена математична теорія капілярних явищ (П. Лаплас, З. Пуасети, До. Гаусс, А. Ю. Давидов).
Прибуток, його суть види та роль у ринковій економіці
... навпаки. Кількісно прибуток - це різниця між доходом від реалізації продукції та сукупними витратами на її виробництво. В умовах ринкової економіки він на рівні підприємства виступає як безпосередня ... Ключові слова: ЗМІСТ Реферат Вступ 1. Теоретичні основи прибутку підприємства 1.1 Економічний зміст прибутку та його функції 1.2 Класифікація видів прибутку та їх суть 2. Роль прибутку у формуванні ...
У XX столітті розроблялися методи регулювання поверхового натягу з допомогою ПАР і электрокапиллярных ефектів (І. Ленгмнор, П. А. Ребиндер, А. М. Фрумкин).
Нині існує актуальна проблема — розвиток молекулярної теорії поверхового натягу, вплив кривизни поверхні на поверхове натяг.
Дивно різноманітні прояви поверхового натягу рідини у природі й техніці. Поверхностное натяг відіграє у фізіології нашого організму, що нас самих, а й у життя комах.
Пузир і крапля.
Пуская з тростини бульки
І бачачи, як взлетающая піна
Раптом розцвітає полум’ям зорі,
Малюк ними дивиться самозабутньо.
Старий, студент, малюк – будь-який творить
З піни майї чудові бачення,
Фактично позбавлені значенья.
Але крізь них нам вічний шлях відкритий,
Його, відкривши, радіснішим горить.
Герман Гессе. «Гра в бісер».
Бібліографія
1. «Дивовижна фізика», Л. Р. Асламазов, А. А. Варламов, вид.: «Наука», Москва, 1988 р.
2. Підручник фізики для 10 класу середньої школи, М. М. Шахмаев, З. М. Шахмаев, Д. Ш. Шодиев, вид.: «Просвітництво», Москва, 1991 р.
Додатка
