3. Спостереження явища поверхневого натягу

Утворення краплі біля погано закритого крана нагадує розтяг еластичної торбинки чи дитячої повітряної кульки.

Рис. 20

Під швацькою голкою поверхня води вгинається і не дає їй потонути. З цієї ж причини легкі комахи – водомірки – можуть швидко ковзати по поверхні води.

Явище поверхневого натягу не дає виливатися воді, обережно налитій у густе сито.

Поверхневий натяг утруднює просочування води крізь тканину. А тому вона відразу не промокає.

Сферична форма рідини – крапельки роси, дощові краплі, у невагомості – навіть рідина великої маси.

Способи визначення коефіцієнта поверхневого натягу

1) метод рамки: ;

2) метод крапель: ;

3) метод піднімання рідини у капілярі: ;

4) метод кільця:

3. Поняття про в’язкість середовища

В’язкість (або внутрішнє тертя) – це явище виникнення сил, які перешкоджають переміщенню частин середовища (рідини; газу) одна відносно одної.

Залежність швидкості течії від радіуса труби

Рис. 21

Такі сили протидії називаються силами внутрішнього тертя або силами в’язкості.

Вони:

прагнуть вирівняти швидкості руху частин середовища (рідини; газу) однієї відносно одної;

мають складну залежність від швидкості руху тіла у середовищі;

визначаються характером руху частин середовища однієї відносно одної і властивостями самого середовища.

Рух середовища називають усталеним або ламінарним, якщо швидкість течії у кожній точці простору не змінюється з часом. При ламінарній течії рідини в циліндричній трубі максимальну швидкість має рідина, яка рухається по осі труби, а безпосередньо біля стінок швидкість течії дорівнює нулю. При цьому вся рідина розбивається на циліндричні шари, швидкість течії яких вздовж труби спадає у напрямі від центра труби до її стінок. Отже, при ламінарній течії тертя між трубою і рідиною немає, бо шару рідини біля стінок труби немає, а існує лише внутрішнє тертя зумовлене в’язкістю самої рідини.

Сила внутрішнього тертя в залежності від відносної швидкості переміщення шарів рідини , їх площі S і відстаніl між ними визначається за законом Ньютона для внутрішнього тертя:

; (39)

де –коефіцієнт в’язкості визначається як сила внутрішнього тертя, що виникає між двома шарами рідини площею перекривання 1м², що рухаються з відносною швидкістю 1м/с на відстані 1м один від одного.

В’язкість рідини зменшується при нагріванні, у газу – навпаки. Причина цього – у різниці механізмів в’язкості у рідині і газі.

Практичне значення знань про в’язкість:

треба враховувати при перекачуванні газів і рідин по трубах;

має велике значення при розрахунку змащування деталей машин;

визначає процес вироблення певних речовин (наприклад, скла).

Явища на межі рідини з твердим тілом

Змочування – явище, яке виникає під час зіткнення рідини з поверхнею твердого тіла або іншої рідини. Виражається у розпливанні рідини по твердій поверхні.

Кількісна характеристика змочування – крайовий кут Θ – утворюється площиною твердого тіла і площиною, дотичною до вільної поверхні рідини з вершиною у точці А, де межують рідина, тверде тіло і газоподібне середовище.

Поведінка рідини на поверхні твердого тіла залежить від взаємодії молекул рідини і твердого тіла.

Якщо молекули рідини притягуються сильніше до молекул твердого тіла, ніж між собою, то рідина змочує тверде тіло (рис. 22, а).

а б

Рис. 22

Умова змочування: 90^o < Θ < 0^o

Повне змочування: Θ=0^o

Приклади: вода змочує скло; ртуть змочує метал

Якщо молекули рідини притягуються сильніше між собою, то рідина не змочує тверде тіло (рис. 22, б).

Умова незмочування: 180^o > Θ > 90^o

Повне незмочування: Θ=180^o

Приклади: вода не змочує парафін, ртуть не змочує скло.

Прояви та використання

Змочування: клеєння, паяння, фарбування, змащування тертьових поверхонь.

Незмочування:

Капілярний (лапласівський) тиск

Викривлена поверхня рідини у посудині називається меніском. Оскільки площа вільної поверхні рідини більша за площу перерізу посудини, то внаслідок дії молекулярних сил вона намагається випрямитись, що зумовлює появу додаткового тиску, який називають капілярним. Сили цього тиску напрямлені вгору, якщо рідина змочуюча (рис. 23, а), і вниз, – якщо рідина незмочуюча (рис. 23, б).

Величину цього тиску визначив П.Лаплас, тому його часто називають лапласівським тиском. Для сферичної форми вільної поверхні рідини з радіусом R тиск Лапласа визначається за формулою

(40)

Рис. 24

Рис. 25

Рис. 26

Капілярні явища