Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Краткий курс общей физики. Учебное пособие
.pdf
81
Рис. 3.11. Опыт с пленкой жидкости
Коэффициент поверхностного натяжения численно равен силе,
действующей на единицу длины контура, ограниченного поверхностью
жидкости:
3 . 5 . 2 . Я в л е н и е с м а ч и в а н и я
Смачивание – это появление межмолекулярного взаимодействия
на границе соприкосновения трех фаз – твердого тела, жидкости и газа.
Расположим горизонтально пластину и капнем на нее исследуемую жидкость (рис. 3.12). Угол между касательной к поверхности жидкости в точке соприкосновения с твердым телом и поверхностью твердого тела называется краевым углом. Для смачивающихся жидкостей
этот угол острый, для несмачивающихся жидкостей – тупой.
Рис. 3.12. Капля жидкости на твердой поверхности
82
Мерой смачивания служит сosθ:
поверхностное натяжение на границе соответствующих сред
(рис. 3.13). Данное уравнение называется уравнением Юнга.
Рис. 3.13. Явление смачивания капли жидкости на поверхности
Смачивание проявляется в искривлении свободной поверхности
жидкости около стенок сосуда (рис. 3.14).
Искривленная поверхность называется мениском. У смачиваемой
поверхности мениск вогнутый, у несмачиваемой – выпуклый.
Рис. 3.14. Явление смачивания жидкости в сосуде
3 . 5 . 3 . Ф о р м у л а Л а п л а с а
Если поверхность в жидкости не плоская, а искривленная, то
силы поверхностного натяжения создают дополнительное давление на
жидкость (рис. 3.15).
83
Рис. 3.15. Дополнительное давление под искривленной поверхностью
жидкости
Лаплас вывел выражение для определения дополнительного давления на жидкость. Допустим, поверхность жидкости имеет форму
сферы радиусом R (рис. 3.16).
Рис. 3.16. Для расчета формулы Лапласа
Выделим площадку S, опирающуюся на круглое основание S0 ра-
диусом Силы поверхностного натяжения, действующие по
периметру этой площадки, дадут равнодействующую, перпендикулярную к S0:
Разделив эту силу на площадь основания
, получим до-
полнительное давление на жидкость от сил поверхностного натяжения,
обусловленное кривизной поверхности:
Нами рассмотрен простой случай, когда поверхность сферическая. Более общая формула:
84
где R1 и R2 – минимальный и максимальный радиусы, лежащие во взаимно перпендикулярных плоскостях. Данное выражение есть формула
Лапласа.
Для мыльного пузыря
3 . 5 . 4. К а п и л л я р н ы е я в л е н и я
Если опустить капилляр в воду, то вода втянется в него
(рис. 3.17). В капилляре появится лапласовское давление . Оно равно
гидростатическому давлению столба жидкости высотой h:
где – плотность жидкости; – ускорение силы тяжести.
Рис. 3.17. Капиллярные явления
Получим
Если капилляр имеет круглое сечение (R1 = R2), то радиус капилляра:
При этих условиях
.
,
где h – высота подъема жидкости в капилляре.
В о п р о с ы д л я с а м о к о н т р о л я
1. Дайте характеристику жидкости.
2. Что такое поверхностное натяжение?
3. Что такое коэффициент поверхностного натяжения и чему равен?
4. В чем заключается смачивание?
5. Что такое краевой угол? Какой бывает?
6. Приведите уравнение Юнга.
7. Выведите формулу Лапласа.
9. Капиллярные явления.
85
З А К Л Ю Ч Е Н И Е
Данное пособие является частью курса общей физики. Изучение
материала начинается с рассмотрения законов и явлений классической
механики: кинематики и динамики поступательного и вращательного
движения, законов сохранения и теории тяготения Ньютона, а также
специальной теории относительности. В главе, посвященной колебаниям и волнам, приведены характеристика и параметры некоторых колебаний и гармонических осцилляторов, основные понятия и характеристики волн. В третьей главе данного пособия рассмотрены явления
и законы, связанные с молекулами и атомами.
Краткое изложение теоретического материала, дополненное
большим количеством рисунков, способствует лучшему восприятию
и пониманию информации.
Изучение основ физики необходимо студентам для более пол-
ного понимания физической картины мира, лучшего усвоения новых
знаний в процессе обучения, а также для дальнейшей работы в качестве
специалиста в различных отраслях науки и производства.
Данное пособие полностью отвечает основным задачам курса фи-
зики в вузах нефизического профиля, способствует развитию логического мышления, расширению представлений о многообразии свойств
материи, а также усвоению последующих дисциплин.
86
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Детлаф, А. А. Курс физики: учеб. пособие для студ. втузов /
А. А. Детлаф. – Москва: Академия, 2005. – 720 с.
2. Калашников, Н. П. Основы физики: в 2 т. Т. 1 / Н. П. Калашни-
ков, М. А. Смондырев. – Москва: Дрофа, 2003. – 398 с.
3. Савельев, И. В. Курс общей физики: учеб. пособие для втузов.
Кн.1: Механика / И. В. Савельев. – Москва: Астрель: АСТ, 2003. – 336 с.
4. Старостина, И. А. Краткий курс физики для бакалавров: учеб.
пособие / И. А. Старостина, Е. В. Бурдова, Р. С. Сальманов. – Казань:
Изд-во КНИТУ, 2016. – 364 с.
5. Трофимова, Т. И. Физика: учебник для образовательных учреждений высшего профессионального образования / Т. И. Трофимова. –
Москва: Академия, 2012. – 315 с.
6. Никеров, В. А. Физика. Современный курс: учебник / В. А. Никеров. – Дашков и К., 2016. – 452 с.
7. Полунин, В. М. Физика. Физические основы механики: конспект лекций / В. М. Полунин, Г. Т. Сычев. – Курск: Изд-во Курск. гос.
техн. ун-та, 2002. – 180 с.
87
УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ
Подписано в печать 18.08.2023
Формат 6084 1/16
Бумага офсетная
Печать цифровая
5,11 усл. печ. л.
5,5 уч.-изд. л.
Тираж 400 экз.
Заказ 60/23
Издательство Казанского национального исследовательского
технологического университета
Отпечатано в офсетной лаборатории Казанского национального
исследовательского технологического университета
420015, Казань, К. Маркса, 68
Эльвира Илькамовна Галеева
Наталья Александровна Кузина
Роберт Салихович Сальманов
КРАТКИЙ КУРС ОБЩЕЙ
ФИЗИКИ
Редактор Л. Г. Шевчук
Компьютерная верстка и макет – А. К. Рахманкулова
8
8
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]