Bu darsda suyuqliklar va ularning xossalari haqida gapiramiz. Suyuqliklar bir qator qiziqarli xususiyatlarga ega va ularning namoyon bo'lishi. Bunday mulklardan biri ushbu darsda muhokama qilinadi.

Atrofimizdagi dunyoda tortishish, elastiklik va ishqalanish bilan bir qatorda biz odatda kam e'tibor beradigan yoki umuman e'tibor bermaydigan yana bir kuch bor. Bu kuch nisbatan kichik, uning harakati hech qachon ta'sirchan ta'sirga olib kelmaydi. Biroq, biz stakanga suv quya olmaymiz, biz gaplashadigan kuchlarni harakatga keltirmasdan, hech qanday suyuqlik bilan umuman hech narsa qila olmaymiz. Bular sirt taranglik kuchlari.

Suyuqlikning sirtini qisqarish qobiliyati sirt tarangligi deyiladi.

sirt taranglik kuchi suyuqlik yuzasi bo'ylab ushbu sirtni cheklovchi chiziqqa perpendikulyar ta'sir qiluvchi va uni minimal darajaga tushirishga intiladigan kuch deb ataladi.

Sirt taranglik kuchi sigma va elning mahsuloti formulasi bilan aniqlanadi. Bu erda sigma sirt taranglik koeffitsienti, el - namlash perimetri uzunligi.

Keling, "sirt taranglik koeffitsienti" tushunchasiga batafsil to'xtalib o'tamiz.

Sirt taranglik koeffitsienti son jihatdan namlash perimetrining birlik uzunligiga ta'sir qiluvchi kuchga teng va bu perimetrga perpendikulyar yo'naltirilgan.

Shuningdek, suyuqlikning sirt taranglik koeffitsienti ma'lum suyuqlikni tavsiflovchi va sirt energiyasining suyuqlik yuzasiga nisbatiga teng bo'lgan jismoniy miqdordir.

Suyuqlikning sirt qatlamining molekulalari, agar ular suyuqlik ichida bo'lsa, bu molekulalar ega bo'ladigan energiyaga nisbatan ortiqcha potentsial energiyaga ega.

sirt energiyasi suyuqlik yuzasida molekulalar egallagan ortiqcha potentsial energiya.

Sirt taranglik koeffitsienti metrga bo'lingan nyutonlarda o'lchanadi.

Keling, suyuqlikning sirt taranglik koeffitsienti nimaga bog'liqligini muhokama qilaylik. Boshlash uchun, eslaylikki, sirt taranglik koeffitsienti molekulalarning o'zaro ta'sirining o'ziga xos energiyasini tavsiflaydi, ya'ni bu energiyani o'zgartiruvchi omillar suyuqlikning sirt taranglik koeffitsientini ham o'zgartiradi.

Shunday qilib, sirt taranglik koeffitsienti quyidagilarga bog'liq:

1. Suyuqlikning tabiati ("uchuvchi" suyuqliklar, masalan, efir, spirt va benzin uchun sirt tarangligi "uchuvchan bo'lmagan" - suv, simob va suyuq metallarga qaraganda kamroq).

2. Harorat (harorat qanchalik baland bo'lsa, sirt tarangligi shunchalik past bo'ladi).

3. Sovun yoki kir yuvish kukuni kabi sirt tarangligini kamaytiradigan sirt faol moddalar (sirt faol moddalar) mavjudligi.

4. Suyuqlikka tutash gazning xossalari.

Yuzaki kuchlanish kuchlari suyuqlik tomchilarining shakli va xususiyatlarini, sovun pufagini aniqlaydi. Bu kuchlar suv yuzasida po'lat igna va suv nayzali hasharotni ushlab turadi va mato yuzasida namlikni saqlaydi.

Oddiy tajriba yordamida sirt taranglik kuchlarining mavjudligini tekshirishingiz mumkin. Agar sim halqaga ikki joydan ip bog'langan bo'lsa va ipning uzunligi ipning biriktiruvchi nuqtalarini bog'laydigan akkord uzunligidan biroz kattaroq bo'lsa va sim halqasini sovunli suvga botirsa, sovun. plyonka halqaning butun yuzasini tortadi va ip sovun plyonkasida yotadi. Agar kino endi ipning bir tomonida yirtilgan bo'lsa, ipning boshqa tomonida qolgan sovunli plyonka qisqaradi va ipni cho'zadi. Nima uchun bu sodir bo'ldi? Gap shundaki, tepada qolgan sovun eritmasi, ya'ni suyuqlik uning sirt maydonini kamaytirishga intiladi. Shunday qilib, ip yuqoriga tortiladi.

Suyuqlikning havo yoki bu suyuqlikning bug 'bilan aloqa yuzasini kamaytirish istagini tasdiqlovchi tajribani ko'rib chiqing.

Belgiyalik fizik Jozef Plato tomonidan qiziqarli tajriba o'tkazildi. Uning ta'kidlashicha, agar tomchi uning shakliga asosiy ta'sir sirt taranglik kuchlari ta'sir qiladigan sharoitda bo'lsa, u eng kichik sirtli, ya'ni sharsimon shaklni oladi.

Bu darsda suyuqliklar va ularning xossalari haqida gapiramiz. Zamonaviy fizika nuqtai nazaridan suyuqliklar tadqiqotning eng qiyin mavzusidir, chunki gazlar bilan solishtirganda, endi molekulalar orasidagi ahamiyatsiz o'zaro ta'sir energiyasi haqida gapirish mumkin emas va qattiq moddalar bilan solishtirganda, ularning tartibli joylashuvi haqida gapirish mumkin emas. suyuqlik molekulalari (suyuqlikda uzoq masofali tartib yo'q). Bu suyuqliklarning bir qator qiziqarli xususiyatlari va ularning namoyon bo'lishiga olib keladi. Bunday mulklardan biri ushbu darsda muhokama qilinadi.

Birinchidan, suyuqlikning sirtga yaqin qatlami molekulalarining massadagi molekulalarga nisbatan ega bo'lgan maxsus xususiyatlarini muhokama qilaylik.

Guruch. 1. Sirtga yaqin qatlam molekulalari bilan suyuqlikning asosiy qismidagi molekulalar orasidagi farq.

Ikki molekula A va B ni ko'rib chiqaylik. A molekulasi suyuqlik ichida, B molekulasi uning yuzasida (1-rasm). A molekulasi boshqa suyuqlik molekulalari bilan teng ravishda o'ralgan, shuning uchun molekulalararo o'zaro ta'sir doirasiga tushgan molekulalardan A molekulasiga ta'sir qiluvchi kuchlar kompensatsiyalanadi yoki ularning natijasi nolga teng.

Suyuqlik yuzasida joylashgan B molekulasi bilan nima sodir bo'ladi? Eslatib o'tamiz, suyuqlik ustidagi gaz molekulalarining kontsentratsiyasi suyuqlik molekulalarining kontsentratsiyasidan ancha past. B molekulasi bir tomondan suyuqlik molekulalari, ikkinchi tomondan esa juda kam uchraydigan gaz molekulalari bilan o'ralgan. Unga suyuqlik tomondan yana ko'plab molekulalar ta'sir qilganligi sababli, barcha molekulalararo kuchlarning natijasi suyuqlik ichiga yo'naltiriladi.

Shunday qilib, molekula suyuqlikning chuqurligidan sirt qatlamiga o'tishi uchun kompensatsiyalanmagan molekulalararo kuchlarga qarshi ish bajarish kerak.

Eslatib o'tamiz, ish - bu minus belgisi bilan olingan potentsial energiyaning o'zgarishi.

Demak, sirtga yaqin qatlam molekulalari suyuqlik ichidagi molekulalar bilan solishtirganda ortiqcha potentsial energiyaga ega.

Bu ortiqcha energiya suyuqlikning ichki energiyasining tarkibiy qismi bo'lib, deyiladi sirt energiyasi. U har qanday boshqa energiya singari joul bilan belgilanadi va o'lchanadi.

Shubhasiz, suyuqlikning sirt maydoni qanchalik katta bo'lsa, ortiqcha potentsial energiyaga ega bo'lgan molekulalar shunchalik ko'p bo'ladi va shuning uchun sirt energiyasi shunchalik katta bo'ladi. Bu faktni quyidagi munosabat sifatida yozish mumkin:

,

sirt maydoni qayerda va proportsionallik omili, biz uni chaqiramiz sirt tarangligi, bu koeffitsient bir yoki boshqa suyuqlikni tavsiflaydi. Keling, ushbu miqdorning qat'iy ta'rifini yozamiz.

Suyuqlikning sirt tarangligi (suyuqlikning sirt taranglik koeffitsienti) ma'lum suyuqlikni tavsiflovchi va sirt energiyasining suyuqlik yuzasiga nisbatiga teng bo'lgan fizik miqdordir.

Sirt taranglik koeffitsienti metrga bo'lingan nyutonlarda o'lchanadi.

Keling, suyuqlikning sirt taranglik koeffitsienti nimaga bog'liqligini muhokama qilaylik. Boshlash uchun, eslaylikki, sirt taranglik koeffitsienti molekulalarning o'zaro ta'sirining o'ziga xos energiyasini tavsiflaydi, ya'ni bu energiyani o'zgartiruvchi omillar suyuqlikning sirt taranglik koeffitsientini ham o'zgartiradi.

Shunday qilib, sirt taranglik koeffitsienti quyidagilarga bog'liq:

1. Suyuqlikning tabiati ("uchuvchi" suyuqliklar, masalan, efir, spirt va benzin uchun sirt tarangligi "uchuvchan bo'lmagan" - suv, simob va suyuq metallarga qaraganda kamroq).

2. Harorat (harorat qanchalik baland bo'lsa, sirt tarangligi shunchalik past bo'ladi).

3. Sovun yoki kir yuvish kukuni kabi sirt tarangligini kamaytiradigan sirt faol moddalar (sirt faol moddalar) mavjudligi.

4. Suyuqlikka tutash gazning xossalari.

E'tibor bering, sirt taranglik koeffitsienti sirt maydoniga bog'liq emas, chunki sirtga yaqin bo'lgan bitta molekula uchun bir xil molekulalarning qanchasi atrofida bo'lishi mutlaqo muhim emas. Har xil moddalarning haroratda sirt taranglik koeffitsientlarini ko'rsatadigan jadvalga e'tibor bering:

Jadval 1. Suyuqliklarning havo bilan chegaradagi sirt taranglik koeffitsientlari, at

Demak, sirtga yaqin qatlam molekulalari suyuqlikning asosiy qismidagi molekulalarga nisbatan ortiqcha potentsial energiyaga ega. Mexanika kursida har qanday tizim minimal potentsial energiyaga intilishi ko'rsatildi. Misol uchun, ma'lum bir balandlikdan tashlangan tana pastga tushishga moyil bo'ladi. Bundan tashqari, siz yotishda o'zingizni ancha qulay his qilasiz, chunki bu holda tanangizning massa markazi imkon qadar pastroq joylashgan. Suyuqlik holatida uning potentsial energiyasini kamaytirish istagi nimaga olib keladi? Sirt energiyasi sirt maydoniga bog'liq bo'lganligi sababli, bu har qanday suyuqlikning katta sirt maydoniga ega bo'lishi energetik jihatdan noqulay ekanligini anglatadi. Boshqacha qilib aytganda, erkin holatda suyuqlik o'z sirtini minimallashtirishga intiladi.

Buni sovun plyonkasi bilan tajriba qilish orqali tekshirish oson. Agar simli ramka sovunli eritmaga botirilsa, unda sovun plyonkasi hosil bo'ladi va plyonka shunday shaklga ega bo'ladiki, uning yuzasi minimal bo'ladi (2-rasm).

Guruch. 2. Sovunli eritmadan olingan raqamlar

Oddiy tajriba yordamida sirt taranglik kuchlarining mavjudligini tekshirishingiz mumkin. Agar simli halqaga ikkita joydan ip bog'langan bo'lsa va ipning uzunligi ipning biriktiruvchi nuqtalarini bog'laydigan akkord uzunligidan biroz kattaroq bo'lsa va sim halqasi sovunga botirilsa. eritma (3a-rasm), sovun plyonkasi halqaning butun yuzasini tortadi va ip sovun plyonkasida yotadi. Agar hozirda plyonka ipning bir tomonida singan bo'lsa, ipning boshqa tomonida qolgan sovun plyonkasi qisqaradi va ipni cho'zadi (3b-rasm).

Guruch. 3. Sirt taranglik kuchlarini aniqlash uchun tajriba

Nima uchun bu sodir bo'ldi? Gap shundaki, tepada qolgan sovun eritmasi, ya'ni suyuqlik uning sirt maydonini kamaytirishga intiladi. Shunday qilib, ip yuqoriga tortiladi.

Shunday qilib, biz sirt taranglik kuchining mavjudligiga ishonch hosil qildik. Endi uni qanday hisoblashni bilib olaylik. Buning uchun keling, fikrlash tajribasini o'tkazamiz. Yonlaridan biri harakatlanuvchi simli ramkani sovunli eritma ichiga tushiramiz (4-rasm). Biz sovun plyonkasini cho'zamiz, ramkaning harakatlanuvchi tomonida kuch bilan harakat qilamiz. Shunday qilib, shpalda uchta kuch ta'sir qiladi - tashqi kuch va plyonkaning har bir yuzasi bo'ylab ikkita sirt taranglik kuchi. Nyutonning ikkinchi qonunidan foydalanib, buni yozishimiz mumkin

Guruch. 4. Sirt taranglik kuchini hisoblash

Agar tashqi kuch ta'sirida shpal masofaga harakat qilsa, u holda bu tashqi kuch ishlaydi

Tabiiyki, ushbu ishning bajarilishi tufayli plyonkaning sirt maydoni ortadi, ya'ni sirt energiyasi ham oshadi, biz sirt taranglik koeffitsienti orqali aniqlashimiz mumkin:

O'z navbatida, maydonning o'zgarishini quyidagicha aniqlash mumkin:

simli ramkaning harakatlanuvchi qismining uzunligi qayerda. Buni hisobga olib, tashqi kuchning ishi teng ekanligini yozishimiz mumkin

To'g'ri qismlarni (*) va (**) tenglashtirib, biz sirt taranglik kuchining ifodasini olamiz:

Shunday qilib, sirt taranglik koeffitsienti son jihatdan sirtni chegaralovchi chiziq uzunligi birligiga ta'sir qiluvchi sirt taranglik kuchiga teng.

Shunday qilib, biz yana bir bor ko'rdikki, suyuqlik shunday shaklga ega bo'ladiki, uning sirt maydoni minimal bo'ladi. Ma'lum hajm uchun sirt maydoni shar uchun minimal bo'lishini ko'rsatish mumkin. Shunday qilib, agar suyuqlikka boshqa kuchlar ta'sir qilmasa yoki ularning harakati kichik bo'lsa, suyuqlik sharsimon shaklga ega bo'ladi. Shunday qilib, masalan, suv vaznsizlikda (5-rasm) yoki sovun pufakchalarida (6-rasm) o'zini tutadi.

Guruch. 5. Nol tortishish kuchida suv

Guruch. 6. Sovun pufakchalari

Sirt taranglik kuchlarining mavjudligi, shuningdek, nima uchun metall igna suv yuzasida "yotayotganini" tushuntirishi mumkin (7-rasm). Sirtga ehtiyotkorlik bilan joylashtirilgan igna uni deformatsiya qiladi va shu bilan bu sirtning maydonini oshiradi. Shunday qilib, maydonning bunday o'zgarishini kamaytirishga moyil bo'lgan sirt taranglik kuchi paydo bo'ladi. Sirt tarangligining natijaviy kuchi yuqoriga yo'naltiriladi va u tortishish kuchini qoplaydi.

Guruch. 7. Suv yuzasida igna

Pipetkaning ishlash printsipi xuddi shunday tushuntirilishi mumkin. Og'irlik kuchi ta'sir qiladigan tomchi pastga tortiladi va shu bilan uning sirtini oshiradi. Tabiiyki, sirt taranglik kuchlari paydo bo'ladi, ularning natijasi tortishish yo'nalishiga qarama-qarshi bo'lib, tomchining cho'zilishiga yo'l qo'ymaydi (8-rasm). Pipetkaning rezina qopqog'ini bosganingizda, siz tortishish kuchiga yordam beradigan qo'shimcha bosim hosil qilasiz, bu tomchi tushishiga olib keladi.

Guruch. 8. Pipetka qanday ishlaydi

Keling, kundalik hayotdan yana bir misol keltiraylik. Agar siz bo'yoq cho'tkasini bir stakan suvga botirsangiz, uning tuklari ko'tariladi. Agar siz hozir bu cho'tkani suvdan olib tashlasangiz, barcha tuklar bir-biriga yopishganini sezasiz. Buning sababi shundaki, cho'tkaga yopishgan suvning sirt maydoni minimal bo'ladi.

Va yana bir misol. Agar siz quruq qum qal'asini qurmoqchi bo'lsangiz, muvaffaqiyatga erisha olmaysiz, chunki qum tortishish ta'sirida parchalanadi. Biroq, agar siz qumni ho'llasangiz, u qum donalari orasidagi suvning sirt tarangligi tufayli o'z shaklini saqlab qoladi.

Nihoyat, shuni ta'kidlaymizki, sirt taranglik nazariyasi murakkabroq jismoniy muammolarni hal qilishda chiroyli va oddiy analogiyalarni topishga yordam beradi. Misol uchun, engil va ayni paytda kuchli tuzilmani qurish kerak bo'lganda, sovun pufakchalarida sodir bo'ladigan fizika yordamga keladi. Va bu atom yadrosini zaryadlangan suyuqlik tomchisiga o'xshatish orqali atom yadrosining birinchi adekvat modelini qurish mumkin edi.

Adabiyotlar ro'yxati

1. G. Ya. Myakishev, B. B. Buxovtsev, N. N. Sotskiy. "Fizika 10". - M.: Ta'lim, 2008 yil.
2. Ya. E. Geguzin "Ko'piklar", Kvant kutubxonasi. - M.: Nauka, 1985 yil.
3. B. M. Yavorskiy, A. A. Pinskiy «Fizika asoslari» 1-jild.
4. G. S. Landsberg "Fizikadan boshlang'ich darslik" 1-jild.

1. Nkj.ru ().
2. Youtube.com().
3. Youtube.com().
4. Youtube.com().

Uy vazifasi

1. Ushbu dars uchun vazifalarni hal qilish orqali siz GIAning 7,8,9 savollariga va Yagona davlat imtihonining A8, A9, A10 savollariga tayyorlanishingiz mumkin.
2. Gelfgat I.M., Nenashev I.Yu. "Fizika. 10-sinf muammolar to'plami "5.34, 5.43, 5.44, 5.47 ()
3. 5.47-masala asosida suv va sovun eritmasining sirt taranglik koeffitsientini aniqlang.

Savollar va javoblar ro'yxati

Savol: Nima uchun sirt tarangligi harorat bilan o'zgaradi?

Javob: Haroratning oshishi bilan suyuqlik molekulalari tezroq harakatlana boshlaydi va shuning uchun molekulalar potentsial tortishish kuchlarini osonlik bilan engib chiqadi. Bu suyuqlikning sirtga yaqin qatlamining molekulalarini bog'laydigan potentsial kuchlar bo'lgan sirt taranglik kuchlarining pasayishiga olib keladi.

Savol: Sirt taranglik koeffitsienti suyuqlikning zichligiga bog'liqmi?

Javob: Ha, shunday, chunki suyuqlikning sirtga yaqin qatlami molekulalarining energiyasi suyuqlikning zichligiga bog'liq.

Savol: Suyuqlikning sirt taranglik koeffitsientini qanday usullar bilan aniqlash mumkin?

Javob: Maktab kursida suyuqlikning sirt taranglik koeffitsientini aniqlashning ikkita usuli o'rganiladi. Birinchisi, simni yirtish usuli, uning printsipi uy vazifasidan 5.44-masalada tasvirlangan, ikkinchisi 5.47-masalada tasvirlangan tomchilarni hisoblash usuli.

Savol: Nima uchun sovun pufakchalari bir muncha vaqt o'tgach qulab tushadi?

Javob: Gap shundaki, bir muncha vaqt o'tgach, tortishish kuchi ta'sirida, qabariq pastki qismida yuqoridan ko'ra qalinroq bo'ladi, keyin esa bug'lanish ta'sirida bir nuqtada qulab tushadi. Bu butun pufakning, xuddi shar kabi, kompensatsiyalanmagan sirt taranglik kuchlari ta'sirida qulab tushishiga olib keladi.

Suyuqlikni gazdan ajratib turuvchi eng xarakterli xususiyati shundaki, suyuqlik gaz bilan chegarada erkin sirt hosil qiladi, uning mavjudligi sirt deb ataladigan maxsus turdagi hodisalarning paydo bo'lishiga olib keladi. Ular o'zlarining tashqi ko'rinishi uchun molekulalar erkin sirt yaqinida joylashgan maxsus jismoniy sharoitlarga bog'liq.

Har bir suyuqlik molekulasiga uni o'rab turgan molekulalardan taxminan 10-9 m masofada (molekulyar ta'sir radiusi) jozibador kuchlar ta'sir qiladi. har bir molekula uchun M 1 suyuqlik ichida joylashgan (1-rasm), bir xil molekulalardan kuchlar harakat qiladi va bu kuchlarning natijasi nolga yaqin.

Molekulalar uchun M 2 ta natijaviy kuch nolga teng emas va suyuqlikning ichiga, uning yuzasiga perpendikulyar yo'naltirilgan. Shunday qilib, sirt qatlamidagi barcha suyuqlik molekulalari suyuqlikka tortiladi. Lekin suyuqlik ichidagi bo'shliqni boshqa molekulalar egallaydi, shuning uchun sirt qatlami suyuqlikka bosim hosil qiladi (molekulyar bosim).

Molekulani harakatlantirish uchun M 3 to'g'ridan-to'g'ri sirt qatlami ostida joylashgan, sirtda molekulyar bosim kuchlariga qarshi ishni bajarish kerak. Shuning uchun suyuqlikning sirt qatlamining molekulalari suyuqlik ichidagi molekulalarga nisbatan qo'shimcha potentsial energiyaga ega. Bu energiya deyiladi sirt energiyasi.

Shubhasiz, erkin sirt maydoni qanchalik katta bo'lsa, sirt energiyasi shunchalik katta bo'ladi. Erkin sirt maydoni D ga o'zgartirilsin S, sirt energiyasi \(~\Delta W_p = \sigma \cdot \Delta S\) ga o'zgarganda, bu erda s - sirt taranglik koeffitsienti. Chunki bu o'zgarish uchun ish qilish kerak

\(~A = \Delta W_p,\) keyin \(~A = \sigma \cdot \Delta S.\)

Demak, \(~\sigma = \dfrac(A)(\Delta S)\) .

Sirt tarangligining SI birligi kvadrat metr uchun joul (J/m2).

- doimiy haroratda suyuqlikning bo'sh yuzasining maydoni 1 m 2 ga o'zgarganda molekulyar kuchlar tomonidan bajarilgan ish soniga teng qiymat.

O'z-o'zidan qolgan har qanday tizim o'zining potentsial energiyasi eng kichik bo'lgan pozitsiyani egallashga intilganligi sababli, suyuqlik erkin sirtni kamaytirish tendentsiyasini namoyon qiladi. Suyuqlikning sirt qatlami cho'zilgan kauchuk plyonka kabi harakat qiladi, ya'ni. har doim uning sirt maydonini ma'lum hajm uchun mumkin bo'lgan minimal o'lchamlarga kamaytirishga intiladi.

Masalan, vaznsizlik holatidagi suyuqlik tomchisi sharsimon shaklga ega.

Yuzaki taranglik

Suyuqlik sirtining qisqarish xususiyatini bu sirtni qisqartirishga moyil bo'lgan kuchlarning mavjudligi deb talqin qilish mumkin. Molekula M Suyuqlik yuzasida joylashgan 1 (2-rasm) nafaqat suyuqlik ichida joylashgan molekulalar bilan, balki molekulyar ta'sir doirasi ichida joylashgan suyuqlik yuzasida joylashgan molekulalar bilan ham o'zaro ta'sir qiladi. Bir molekula uchun M 1 suyuqlikning erkin yuzasi bo'ylab yo'naltirilgan molekulyar kuchlarning hosil bo'lgan \(~\vec R\) nolga teng va molekula uchun M 2 suyuqlik yuzasi chegarasida joylashgan, \(~\vec R \ne 0\) va \(~\vec R\) normal bo'ylab erkin sirt chegaralariga va tangensial ravishda suyuqlik yuzasiga yo'naltirilgan.

Erkin sirt chegarasida joylashgan barcha molekulalarga ta'sir qiluvchi kuchlarning natijasi kuchdir. sirt tarangligi. Umuman olganda, u suyuqlikning sirtini kamaytirishga moyil bo'lgan tarzda harakat qiladi.

Taxmin qilish mumkinki, sirt taranglik kuchi \(~\vec F\) uzunlikka to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. l suyuqlikning sirt qatlamining chegaralari, chunki suyuqlikning sirt qatlamining barcha qismlarida molekulalar bir xil sharoitda bo'ladi:

\(~F \sim l .\)

Haqiqatan ham, vertikal to'rtburchaklar ramkani ko'rib chiqing (3-rasm, a, b), uning harakatlanuvchi tomoni muvozanatli. Sovun plyonkasi eritmasidan ramkani olib tashlaganingizdan so'ng, harakatlanuvchi qism joydan harakatlanadi 1 holatiga 2 . Plyonka yupqa suyuqlik qatlami ekanligini va ikkita bo'sh sirtga ega ekanligini hisobga olsak, biz shpalni masofaga siljitishda bajarilgan ishni topamiz. h = a 1 ⋅ a 2: A = 2F⋅h, Qayerda F- har bir sirt qatlami tomondan ramkaga ta'sir qiluvchi kuch. Boshqa tomondan, \(~A = \sigma \cdot \Delta S = \sigma \cdot 2l \cdot h\).

Shuning uchun, \(~2F \cdot h = \sigma \cdot 2l \cdot h \Rightarrow F = \sigma \cdot l\), qayerdan \(~\sigma = \dfrac Fl\).

Ushbu formulaga ko'ra, sirt tarangligi uchun SI birligi metrga nyuton (N / m).

Sirt taranglik koeffitsienti s suyuqlikning erkin yuzasi chegarasining birlik uzunligiga ta'sir etuvchi sirt taranglik kuchiga son jihatdan teng. Sirt taranglik koeffitsienti suyuqlikning tabiatiga, haroratga va aralashmalar mavjudligiga bog'liq. Harorat ko'tarilgach, u pasayadi.

• Kritik haroratda, suyuqlik va bug 'o'rtasidagi farq yo'qolganda, s = 0.

Nopokliklar, odatda, sirt taranglik koeffitsientini kamaytiradi (ba'zilarini oshiradi).

Shunday qilib, suyuqlikning sirt qatlami, go'yo elastik cho'zilgan plyonka bo'lib, butun suyuqlikni qoplaydi va uni bir "tomchi" ga yig'ishga intiladi. Bunday model (elastik cho'zilgan plyonka) sirt taranglik kuchlarining yo'nalishini aniqlash imkonini beradi. Misol uchun, agar tashqi kuchlar ta'sirida plyonka cho'zilsa, u holda sirt taranglik kuchi suyuqlik yuzasi bo'ylab cho'zishga qarshi yo'naltiriladi. Biroq, bu holat elastik kauchuk plyonkaning kuchlanishidan sezilarli darajada farq qiladi. Elastik plyonka zarrachalar orasidagi masofani oshirish orqali cho'ziladi, taranglik kuchi kuchayadi, suyuqlik plyonkasi cho'zilganda zarralar orasidagi masofa o'zgarmaydi va molekulalarning o'tishi natijasida sirtning ortishiga erishiladi. suyuqlikdan sirt qatlamigacha. Shuning uchun suyuqlik yuzasining ortishi bilan sirt taranglik kuchi o'zgarmaydi (u sirt maydoniga bog'liq emas).

Shuningdek qarang

1. Kikoin A.K. Sirt taranglik kuchlari to'g'risida // Kvant. - 1983. - No 12. - S. 27-28

namlash

Qattiq jism bilan aloqa qilganda, suyuqlik molekulalarining qattiq jism molekulalari bilan birlashish kuchlari muhim rol o'ynay boshlaydi. Suyuqlikning harakati qaysi biri kattaroq bo'lishiga bog'liq bo'ladi: suyuqlik molekulalari orasidagi yopishish yoki suyuqlik molekulalarining qattiq molekulalarga yopishishi.

namlash- suyuqlik molekulalarining qattiq molekulalar bilan o'zaro ta'siri natijasida yuzaga keladigan hodisa. Agar suyuqlik va qattiq jism molekulalari orasidagi tortishish kuchlari suyuqlik molekulalari orasidagi tortishish kuchlaridan katta bo'lsa, suyuqlik deyiladi. namlash; Agar suyuqlik va qattiq jismning tortishish kuchlari suyuqlik molekulalari orasidagi tortishish kuchlaridan kichik bo'lsa, suyuqlik deyiladi. namlanmaydigan bu tana.

Xuddi shu suyuqlik turli jismlarga nisbatan nam va namlanmaydigan bo'lishi mumkin. Shunday qilib, suv shishani ho'llaydi va yog'li yuzani ho'llamaydi, simob shishani ho'llamaydi, balki misni namlaydi.

Suyuqlik bilan joylashgan tomir devorlarining namlanishi yoki namlanmasligi idishdagi suyuqlikning erkin yuzasi shakliga ta'sir qiladi. Agar idishga ko'p miqdorda suyuqlik quyilsa, u holda uning sirtining shakli tekis va gorizontal sirtni ta'minlaydigan tortishish kuchi bilan belgilanadi. Biroq, devorlarga yaqin joyda namlash va namlanmaslik hodisasi suyuqlik yuzasining egriligiga olib keladi, deb ataladigan narsa chekka effektlar.

Kengay effektlarning miqdoriy xarakteristikasi aloqa burchagi th - suyuqlik yuzasiga tegib turgan tekislik bilan qattiq jism yuzasi orasidagi burchak. Kontakt burchagi ichida doimo suyuqlik mavjud (4-rasm, a, b). Ho'llanganda o'tkir (4-rasm, a), ho'llanmaganida esa to'mtoq bo'ladi (4-rasm, b). Maktab fizikasi kursida faqat to'liq namlash (th = 0º) yoki to'liq namlanmaslik (th = 180º) hisobga olinadi.

Sirt tarangligining mavjudligi bilan bog'liq bo'lgan va suyuqlik yuzasiga tangensial yo'naltirilgan kuchlar, qavariq sirt bo'lsa, suyuqlik ichiga yo'naltirilgan natijaviy kuchni beradi (5-rasm, a). Konkav sirt holatida hosil bo'lgan kuch, aksincha, suyuqlikka qo'shni gaz tomon yo'naltiriladi (5-rasm, b).

Agar namlovchi suyuqlik qattiq jismning ochiq yuzasida bo'lsa (6-rasm, a), u holda bu sirt ustida tarqaladi. Qattiq jismning ochiq yuzasida namlanmaydigan suyuqlik bo'lsa, u sferikga yaqin shaklni oladi (6-rasm, b).

Namlash kundalik hayotda ham, sanoatda ham muhim ahamiyatga ega. Fotografik materiallarni bo'yash, yuvish, qayta ishlash, bo'yoq va lak qoplamalarini qo'llash, materiallarni yopishtirish, lehimlash, flotatsiya jarayonlarida (rudalarni qimmatbaho jinslar bilan boyitish) yaxshi namlash kerak. Aksincha, suv o'tkazmaydigan qurilmalarni qurishda suv bilan nam bo'lmagan materiallar kerak bo'ladi.

Kapillyar hodisalar

Idishning chetidagi suyuqlik yuzasining egriligi, ayniqsa, suyuqlikning butun erkin yuzasi egri bo'lgan tor naychalarda aniq ko'rinadi. Tor kesimli quvurlarda bu sirt sharning bir qismidir, u deyiladi meniskus. Ho'llaydigan suyuqlikda botiq menisk mavjud (7-rasm, a), ho'llamaydigan suyuqlik esa qavariq (7-rasm, b). Meniskusning sirt maydoni naychaning kesishgan maydonidan kattaroq bo'lganligi sababli, suyuqlikning egri yuzasi molekulyar kuchlar ta'sirida tekislanadi.

Yuzaki kuchlanish kuchlari hosil qiladi qo'shimcha (Laplas) egri suyuqlik yuzasi ostidagi bosim.

Agar suyuqlikning yuzasi botiq, u holda sirt taranglik kuchi suyuqlikdan tashqariga yo'naltiriladi (8-rasm, a) va suyuqlikning botiq yuzasi ostidagi bosim tekislik ostidagi bosimdan \(~p = \dfrac(2 \sigma) ) ga kam bo'ladi. (R)\). Agar suyuqlikning yuzasi qavariq, keyin sirt taranglik kuchi suyuqlikning ichiga yo'naltiriladi (8-rasm, b) va suyuqlikning qavariq yuzasi ostidagi bosim bir xil qiymat bilan tekis ostidagi bosimdan kattaroqdir.

• Ushbu formula Laplas formulasining maxsus holati bo'lib, u ikki tomonlama egrilikning ixtiyoriy suyuqlik yuzasi uchun ortiqcha bosimni aniqlaydi:

Qayerda R 1 va R 2 - suyuqlik yuzasining har qanday ikkita o'zaro perpendikulyar normal kesimining egrilik radiuslari. Tegishli kesimning egrilik markazi suyuqlik ichida bo'lsa, egrilik radiusi ijobiy, egrilik markazi suyuqlikdan tashqarida bo'lsa manfiy bo'ladi. Silindrsimon sirt uchun ( R 1 = l; R 2 = ∞) ortiqcha bosim \(~p = \dfrac(\sigma)(R)\) .

Agar biz tor naychani joylashtirsak ( kapillyar) bir uchida keng idishga quyilgan suyuqlikka, so'ngra Laplas bosim kuchi mavjudligi tufayli kapillyardagi suyuqlik ko'tariladi (agar suyuqlik nam bo'lsa) yoki tushadi (agar suyuqlik namlanmasa) (1-rasm). 9, a, b), chunki suyuqlikning tekis yuzasi ostida keng idishda ortiqcha bosim yo'q.

Kapillyarlardagi suyuqlik sathi balandligining keng tomirlardagi suyuqlik darajasiga nisbatan o'zgarishi hodisalari deyiladi. kapillyar hodisalar.

Kapillyardagi suyuqlik shunday balandlikka ko'tariladi yoki tushadi h, bunda suyuqlik ustunining gidrostatik bosimining kuchi ortiqcha bosim kuchi bilan muvozanatlanadi, ya'ni.

\(~\dfrac(2 \sigma)(R) = \rho \cdot g \cdot h .\)

Qayerdan \(~h = \dfrac(2 \sigma)(\rho \cdot g \cdot R)\). Agar namlash to'liq bo'lmasa θ ≠ 0 (θ ≠ 180°), keyin, hisob-kitoblar ko'rsatganidek, \(~h = \dfrac(2 \sigma)(\rho \cdot g \cdot R) \cdot \cos \theta\).

Kapillyar hodisalar juda keng tarqalgan. Tuproqdagi suvning ko'tarilishi, o'pkaning qon tomirlari tizimi, o'simliklardagi ildiz tizimi, tayoqcha va qog'oz kapillyar tizimlardir.

Adabiyot

1. Aksenovich L.A. O'rta maktabda fizika: nazariya. Vazifalar. Sinovlar: Proc. umumiy ta'lim muassasalari uchun nafaqa. muhitlar, ta'lim / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 178-184.

Ta'rif 1

Yuzaki taranglik suyuqlikning o'zining erkin sirtini kamaytirishga, ya'ni gazsimon fazadan ajralish chegarasida ortiqcha potentsial energiyani kamaytirishga shoshilishidir.

Elastik xususiyatlar bilan nafaqat qattiq jismoniy jismlar, balki suyuqlikning o'zi ham jihozlangan. Har bir inson hayotida bir oz pufakchalar bilan sovun plyonkasi qanday cho'zilganini ko'rgan. Sovun plyonkasida yuzaga keladigan sirt taranglik kuchlari havoni ma'lum vaqt davomida ushlab turadi, xuddi cho'zilgan rezina qovuq futbol to'pidagi havoni ushlab turadi.

Sirt tarangligi asosiy fazalar interfeysida paydo bo'ladi, masalan, gazsimon va suyuq yoki suyuq va qattiq. Bu to'g'ridan-to'g'ri suyuqlikning sirt qatlamining elementar zarralari doimo ichki va tashqi tomondan turli xil tortishish kuchini boshdan kechirishi bilan bog'liq.

Ushbu jismoniy jarayonni suv tomchisi misolida ko'rib chiqish mumkin, bu erda suyuqlik xuddi elastik qobiqdagidek harakat qiladi. Bu erda suyuq moddaning sirt qatlamining atomlari tashqi havo zarralariga qaraganda o'zlarining ichki qo'shnilariga kuchliroq tortiladi.

Umuman olganda, sirt tarangligini cheksiz kichik yoki elementar ish $\sigma A$ deb tushuntirish mumkin, bu suyuqlikning umumiy sirt maydonini $dt$ doimiy haroratda cheksiz kichik miqdorga $dS$ ga oshirish uchun bajarilishi kerak.

Suyuqliklarda sirt taranglik mexanizmi

2-rasm. Skalyar musbat qiymat. Author24 - talabalar hujjatlarini onlayn almashish

Suyuqlik, qattiq va gazlardan farqli o'laroq, u joylashtirilgan idishning butun hajmini to'ldirishga qodir emas. Bug 'va suyuq modda o'rtasida ma'lum bir interfeys hosil bo'lib, u suyuqlikning boshqa massasiga nisbatan maxsus sharoitlarda ishlaydi. Aniqroq misol uchun ikkita molekula $A$ va $B$ni ko'rib chiqaylik. $A$ zarrasi suyuqlikning oʻzida, $B$ molekulasi bevosita uning yuzasida. Birinchi element suyuqlikning boshqa atomlari bilan bir xilda o'ralgan, shuning uchun molekulalararo o'zaro ta'sir doirasiga tushgan zarrachalardan molekulaga ta'sir qiluvchi kuchlar har doim kompensatsiyalanadi yoki boshqacha aytganda, ularning natijaviy kuchi nolga teng.

$B$ molekulasi bir tomondan suyuqlik molekulalari, ikkinchi tomondan gaz atomlari bilan o'ralgan bo'lib, ularning yakuniy konsentratsiyasi suyuqlikning elementar zarralari birikmasidan ancha past bo'ladi. Suyuqlik tomonidan $B$ molekulasiga ideal gaz tomoniga qaraganda ancha ko'p molekulalar ta'sir qilganligi sababli, barcha molekulalararo kuchlarning natijasini endi nolga tenglashtirib bo'lmaydi, chunki bu parametr gaz hajmining ichiga yo'naltirilgan. modda. Shunday qilib, suyuqlik chuqurligidan molekula sirt qatlamiga tushishi uchun kompensatsiyalanmagan kuchlarga qarshi ish bajarilishi kerak. Va bu shuni anglatadiki, sirtga yaqin darajadagi atomlar suyuqlik ichidagi zarralar bilan solishtirganda, sirt energiyasi deb ataladigan ortiqcha potentsial energiya bilan jihozlangan.

Sirt taranglik koeffitsienti

Shakl 3. Yuzaki kuchlanish. Author24 - talabalar hujjatlarini onlayn almashish

Ta'rif 2

Sirt taranglik koeffitsienti ma'lum bir suyuqlikni tavsiflovchi fizik ko'rsatkich bo'lib, son jihatdan sirt energiyasining suyuqlikning bo'sh muhitining umumiy maydoniga nisbatiga tengdir.

Fizikada SI kontseptsiyasida sirt taranglik koeffitsientini o'lchash uchun asosiy birlik (N)/(m) dir.

Ushbu qiymat to'g'ridan-to'g'ri quyidagilarga bog'liq:

• suyuqlikning tabiati ("alkogol, efir, benzin kabi uchuvchi elementlar uchun sirt taranglik koeffitsienti "uchuvchan bo'lmagan elementlar - simob, suvga qaraganda ancha past);
• suyuq moddaning harorati (harorat qanchalik baland bo'lsa, oxirgi sirt tarangligi past bo'ladi);
• berilgan suyuqlikka tutashgan ideal gazning xossalari;
• sirt tarangligini kamaytirishga qodir bo'lgan kir yuvish kukuni yoki sovun kabi barqaror sirt faol elementlarning mavjudligi.

Izoh 1

Shuni ham ta'kidlash kerakki, sirt tarangligi parametri erkin suyuqlik muhitining boshlang'ich maydoniga bog'liq emas.

Shuningdek, mexanikadan ma'lumki, uning ichki energiyasining minimal qiymati har doim tizimning o'zgarmagan holatlariga mos keladi. Ushbu jismoniy jarayon tufayli suyuqlik tanasi ko'pincha minimal sirt maydoni bo'lgan shaklni oladi. Agar suyuqlikka begona kuchlar ta'sir qilmasa yoki ularning ta'siri nihoyatda kichik bo'lsa, uning elementlari bir tomchi suv yoki sovun pufagi shaklida shar shaklida bo'ladi. Xuddi shunday, suv nol tortishish kuchida o'zini tuta boshlaydi. Suyuqlik shunday harakat qiladiki, go'yo uning asosiy yuzasiga tangensial ta'sir etuvchi, bu muhitni kamaytiradigan omillar mavjud. Bu kuchlar sirt taranglik kuchlari deyiladi.

Shuning uchun sirt taranglik koeffitsienti sirt taranglik kuchining asosiy moduli sifatida ham aniqlanishi mumkin, bu odatda erkin suyuqlik muhitini chegaralovchi dastlabki konturning birlik uzunligiga ta'sir qiladi. Ushbu parametrlarning mavjudligi suyuq moddaning sirtini cho'zilgan elastik plyonkaga o'xshaydi, yagona farq shundaki, plyonkadagi doimiy kuchlar uning tizimining maydoniga bevosita bog'liq va sirt taranglik kuchlarining o'zlari mustaqil ishlash. Suv yuzasiga kichik tikuv ignasi qo'ysangiz, uning yuzasi egilib, cho'kib ketishining oldini oladi.

Tashqi omilning ta'siri suv havzalarining butun yuzasi bo'ylab engil hasharotlarning, masalan, suv piyodalarining sirpanishini tasvirlashi mumkin. Ushbu artropodlarning oyog'i suv yuzasini deformatsiya qiladi va shu bilan uning maydonini oshiradi. Natijada, maydonning bunday o'zgarishini kamaytirishga moyil bo'lgan sirt taranglik kuchi paydo bo'ladi. Olingan kuch har doim faqat yuqoriga yo'naltiriladi va tortishish ta'sirini qoplaydi.

Sirt tarangligining natijasi

Sirt tarangligi ta'sirida kichik miqdordagi suyuq muhitlar atrof-muhitning eng kichik o'lchamiga ideal tarzda mos keladigan sharsimon shaklga ega bo'lishga intiladi. Sferik konfiguratsiyaga yaqinlashish dastlabki tortishish kuchlari qanchalik ko'p bo'lsa, shunchalik kuchsiz bo'ladi, chunki kichik tomchilar uchun sirt taranglik kuchi ko'rsatkichi tortishish ta'siridan ancha katta.

Yuzaki taranglik interfeyslarning eng muhim xususiyatlaridan biri hisoblanadi. Jismoniy jismlar va suyuqliklarning ajralish jarayonida ularning mayda zarralari hosil bo'lishiga, shuningdek, tuman, emulsiya, ko'pik va yopishish jarayonlarida elementlar yoki pufakchalarning birlashishiga bevosita ta'sir qiladi.

Izoh 2

Yuzaki taranglik kelajakdagi biologik hujayralar va ularning asosiy qismlari shaklini belgilaydi.

Ushbu jismoniy jarayonning kuchlarining o'zgarishi fagotsitoz va alveolyar nafas olish jarayonlariga ta'sir qiladi. Ushbu hodisa tufayli g'ovak moddalar havo bug'idan ham juda ko'p miqdorda suyuqlikni uzoq vaqt ushlab turishi mumkin.Kapillyarlardagi suyuqlik darajasining balandligining kengroq idishdagi suyuqlik darajasiga nisbatan o'zgarishini o'z ichiga olgan kapillyar hodisalar. juda keng tarqalgan. Bu jarayonlar orqali tuproqdagi suvning ko'tarilishi, o'simliklarning ildiz tizimi bo'ylab, biologik suyuqliklarning mayda kanalchalar va tomirlar tizimi orqali harakatlanishi aniqlanadi.