5. Капілярні явища

У житті ми часто маємо справу з тілами, пронизаними безліччю дрібних каналів (папір, пряжа, шкіра, різні будівельні матеріали, грунт, дерево). Під час зіткнення з водою або іншими рідинами такі тіла дуже часто вбирають їх у себе. Так пояснюється принцип дії рушника, коли витираються руки; дія ґноту в гасовій лампі і т. ін.

Вузькі циліндричні трубки з діаметром близько міліметра й менші називаються капілярами.

Зануримо вузьку трубку в рідину. Якщо рідина змочує стінки трубки, то вона піднімається по стінці трубки над рівнем рідини в посудині й досягає рівня вищого в порівнянні з трубкою (рис. а). Якщо рідина не змочує стінки, то, навпаки, рівень рідини у вузькій трубці встановлюється нижче, ніж у широкій посудині (рис. б). Викривлену поверхню називають меніском.

Висота підйому чи опускання рідини в капілярі збільшується зі зменшенням діаметру капіляру. У капілярі з радіусом r висота підйому або опускання рідини густиною ρ визначається формулою:

Ця рівність виконується тільки у випадку повного змочування або незмочування.

6. Капілярні явища в природі та в техніці

Капілярні явища надзвичайно поширені в природі, техніці та побуті:

• проникнення поживних речовин із ґрунту в рослини;

• підйом вологи з глибших шарів ґрунту;

• будівельна практика;

• застосування рушників, серветок, марлі і т. п.

Живлення рослин зумовлене всмоктуванням з ґрунту вологи й поживних речовин, яке можливе, завдяки наявності капілярів у кореневій системі й стеблі рослини.

Облік капілярності необхідний під час обробки ґрунту. Так, для того, щоб відбувалося більш інтенсивне випаровування вологи з ґрунту, необхідно її утрамбовувати. У цьому випадку в ґрунті утво­рюються капіляри, якими волога піднімається вгору, а потім випа­ровується. Щоб зменшити випаровування, ґрунт розпушують, руй­нуючи при цьому капіляри, і волога довше залишається в ґрунті.

Тіла, які мають велику кількість капілярів, добре вбирають во­логу. Саме тому під час витирання рук рушник убирає в себе воду, гас або розплавлений стеарин підіймаються по гніту лампи або свічки.

4. Закріплення нового матеріалу.

№1. Використовуючи таблицю коефіцієнтів поверхневого натягу рідин, заповнити таблицю, визначивши недостатні дані:

№ з/п	σ, мН/м	R, мм	ρ, кг/м3	h, м
1	40	0,5	1000	?
2	26	?	870	0,061
3	?	0,15	800	0,076

Відповіді:

№ з/п	σ, мН/м	R, мм	ρ, кг/м3	h, м
1	40	0,5	1000
2	26		870	0,061
3		0,15	800	0,076

Задача 1. На яку висоту підніметься вода у змочуваній нею капілярній трубці радіусом 1,5 мм?

Розв'язання

Висоту піднімання рідини в трубці визначають за формулою:

.

Підставивши числові значення у формулу дістанемо:

.

Відповідь: Висота піднімання води в капілярі 9 мм.

Цікаві запитання

1. Чому на мокрому грунті сліди людини чи воза намокають? (Тому що, наступаючи на мокрий ґрунт, людина тисне на нього, ущільнює його. Капіляри в грунті зменшуються в діаметрі і вода відразу піднімається цими капілярами вгору)

2. Чому викривлену поверхню рідини поблизу межі її дотикання з твердим тілом називають меніском? (Тому що назва пішла від грецького слова «меніскос» — півмісяць)

3. Чому краплі застиглого жиру на поверхні супу мають форму кругів? (Тому що ці краплі мають тенденцію до скорочення своєї поверхні силами поверхневого натягу)

4. Чому вітер може підняти хмари піску, але дуже мало водяних бризок з поверхні водойми, хоча вода легша за пісок? (Тому що велика сила взаємодії молекул у поверхневому шарі води)

5. Чому гас у гасовій лампі піднімається вгору по ґноті? (Тому що в тканині є капіляри, а гас змочує тканину і піднімається капілярами вгору)