Коэффициент пропорциональности s, численно равный поверхностной энергии, приходящейся на единицу площади поверхности, называется коэффициентом поверхностного натяжения.

Известно также, что в состоянии устойчивого равновесия любая система обладает минимальной потенциальной энергией. Поэтому поверхностный слой стремится принять такую форму, при которой его поверхность будет наименьшей (тогда и U_пов достигает минимума, как это следует из формулы (3). Если же искусственно увеличивать поверхность жидкости, то в поверхностном слое возникают силы, препятствующие этому, – они называются силами поверхностного натяжения

Таким образом, поверхностный слой похож на упругую пленку, как будто бы находящуюся на поверхности жидкости.

Рассмотрим пример. Пусть жидкая (мыльная) пленка ограничена прямоугольной проволочной рамкой, одна из сторон которой длиною может перемещаться вдоль оси Х (рис.5) под действием внешней силы . Этой силе будет противодействовать сила поверхностного натяжения . В случае квазистатического (медленного) процесса . При перемещении на сила F совершает работу , а потенциальная энергия поверхности увеличивается на . Так как , то и

(4)

 

Рис.6

 

Формула (4) позволяет по-другому определить s, а именно как силу поверхностного натяжения, приходящуюся на единицу длины контура ограничивающего поверхность. Из этого же примера видно, что сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности и перпендикулярна к линии, ограничивающей поверхность (рис. 6).

Контрольные вопросы.

1. Как объяснить стремление жидкости сократить свою свободную поверхность?

 

2. На что затрачивается работа при увеличении поверхности жидкости?

 

3. Дать два определения коэффициента поверхностного натяжения. Единицы его измерения.

 

4. Вывести расчетную формулу коэффициента поверхностного натяжения.

 

5. Как направлена сила поверхностного натяжения в момент отрыва кольца?

 

6. Как и от чего зависят силы молекулярного взаимодействия и коэффициент поверхностного натяжения?

 

7. Можно ли определить коэффициент поверхностного натяжения методом отрыва кольца, если жидкость не смачивает кольцо?

 

Список использованных источников.

1. Савельев И.В. Курс физики. Т.1 - М., Наука, 1989. 352 с. Пар. 92,93,94.

Лабораторная работа № 15

Определение коэффициента вязкости жидкости
по методу Cтокса

Цель работы: познакомиться с явлением внутреннего трения и определить коэффициент внутреннего трения (динамический коэффициент вязкости) по методу Стокса.

Оборудование: цилиндрический сосуд с вязкой жидкостью, набор шариков, линейка.

Рабочее задание: определить динамический коэффициент вязкости жидкости.