«Явления на поверхности жидкости и связанные с ними эффекты». Т. Л. Касимовская ГОУ СОШ 149 Калининского района Санкт - Петербурга

Цель-наблюдение поверхностного натяжения Вывод: поверхность жидкости: 1) не всегда горизонтальна; 2) обладает упругими свойствами, иной природы, нежели в твердых телах

Цель- наблюдение поверхностного натяжения 1. Как вы думаете, почему происходит самопроизвольное сокращение размеров пузыря? ( На поверхности жидкости возникают силы, направленные вдоль ее поверхности и стремящиеся ее сократить.) 2. Куда делся мыльный раствор когда пузырь лопнул? (Стал молекулами газа)

Вывод:. 1. Поверхность жидкости не всегда горизонтальна обладает упругими свойствами. Сокращение размеров жидкости (мыльного пузыря) говорит о существовании сил, отличных по своей природе от ранее изученных нами сил. Эти силы возникают на поверхности жидкости, направлены вдоль ее поверхности и стремятся ее сократить.

Вывод: Сокращая поверхность жидкости, эти силы совершают работу. Значит, поверхностный слой жидкости обладает избыточной, по сравнению с другими, находящимися внутри, слоями, энергией U пов (подобно тому, как поднятое над Землей тело, обладает избыточной, по сравнению с поверхностью Земли энергией).

Эта энергия пропорциональна поверхности жидкости S. U пов ~ S => Отношение поверхностной энергии к площади поверхности называется удельной поверхностной энергией и обозначают греческой буквой (сигма): В СИ единицей удельной поверхностной энергии является 1 Дж/м 2. Поверхностной энергией обладают как жидкие, так и твердые тела. Особые условия, в которых находятся молекулы на поверхности жидкости, характерны также и для поверхности твердых тел.

Благодаря неподвижной опоре внутри жидкости создается давление (гидростатическое), максимальное у нижнего слоя и убывающее в направлении к верхнему. По закону Паскаля давление в жидкости на данной высоте одинаково во всех ее точках, а значит, по всем направлениям. Силы гидростатического давления F 1 и F 2, действующие на жидкость в горизонтальном направлении, приводят к ее растеканию. По этой причине жидкость на опоре не имеет сферической формы, а растекается; налитая же в сосуд, она принимает форму этого сосуда. Растеканию капли жидкости на опоре препятствуют силы, действующие в поверхностных слоях жидкости, которые стремятся сократить площадь поверхности капли.

ИЗУЧЕНИЕ КАПЕЛЬКИ

Оборудование: стеклянная пластина, пластина, покрытая воском, пластина, покрытая сажей, несколько пипеток, жидкости – вода, масло подсолнечное, тушь черная. Цель- 1. наблюдение а) формы капелек, б) явления смачивания и несмачивания. 2. выяснение причин, этих явлений. Капельки на поверхности твердого тела.

Вопросы 1) Одинакова ли форма капелек различных жидкостей на однородной поверхности? Как вы можете объяснить наблюдаемое явление? Сделайте пояснительный рисунок. 2) Одинакова ли форма капелек однородных жидкостей на различных поверхностях? Попробуйте объяснить наблюдаемые явления с точки зрения МКТ

Капельки на поверхности твердого тела. Вывод: 1) Капельки воды и туши ведут себя, практически, одинаково на каждой из поверхностей (вода и тушь - смешивающиеся жидкости, поэтому их плотности практически одинаковы, одинаковы и силы взаимодействия между молекулами этих жидкостей). 2) Форма капелек позволяет предположить, что жидкость смачивает поверхность, если силы взаимодействия между молекулами жидкости будут меньше, чем силы взаимного притяжения между молекулами жидкости и твердого тела.

Капельки на стекле. Молекулы жидкости притягиваются молекулами твердого тела сильнее, чем соседними молекулами самой жидкости, – жидкость смачивает стекло и растекается. Такое явление называется смачиванием.

Капельки на воске. Если силы взаимодействия молекул жидкость – жидкость и жидкость – твердая поверхность одного порядка, то про такие жидкости говорят, что они частично смачивают поверхность.

Капелька на саже. Если сила взаимодействия между молекулами жидкости намного больше, чем между молекулами жидкости и твердого вещества, в данном случае воды и сажи, то про такие жидкости мы говорим, что они не смачивают поверхность.

Вопросы 1.Почему при определенных условиях на листьях могут образовываться капельки росы? 2. Можно ли носить воду в решете? Листья не смачиваются водой Можно, если решето частое, а воды немного, или, если воды немного и смазать решето жиром

F тг F жт + F жг ·cos Будет ли жидкость растекаться по поверхности твердого тела, вытесняя с него газ, или, наоборот, соберется в каплю, зависит от соотношения величин F жг,F жт., F тг

Домашнее задание: проанализируйте соотношение попытайтесь установить при каких значениях краевого угла жидкость смачивает твердое тело, не смачивает твердое тело, полностью смачивает твердое тело, отделяя его поверхность от газа

Зеркало из сажи. Оборудование: пластина, покрытая сажей, стакан с водой, маленький клубок шерсти, небольшой лоскут шерстяной ткани. Цель- выяснить, если ткань водоотталкивающая и непромокаемая, то будет ли это означать, что она обязательно и несмачиваемая?

Вывод. Тела, несмачиваемые водой при определенном угле наклона могут приобрести серебристый (зеркальный) блеск из - за пузырьков воздуха, прилипших к их поверхности.

Вопросы к домашнему заданию. 1.Возьмите небольшой клубок шерсти и опустите его в воду. Сделайте вывод, смачивает или нет вода шерсть. 2. Капните капельку воды на шерстяную ткань. а)Что вы наблюдаете? б)Можно ли утверждать, что несмачиваемая ткань не может пропускать воду? в)Сделайте вывод, обязательно ли водоотталкивающая и непромокаемая ткань должна быть несмачиваемая.

Капелька воды и туши в масле. Оборудование: растительное масло, машинное масло, тушь. Цель- провести сравнительное наблюдение за одной и той же капелькой жидкости.

Вопросы Одинаковы ли плотности обеих жидкостей? Каков характер движения капельки в каждой из жидкостей? Какую форму имеет капелька туши в каждой из жидкостей? Чем обеспечивается эта форма?

Вывод : В растительном масле движение капельки равномерное, следовательно, действие силы тяжести уравновешивается силой Архимеда. Силы поверхностного натяжения стремятся придать жидкости форму, обеспечивающую капле минимальную поверхностную энергию, т.е. сферическую. Мы полечили состояние, близкое к состоянию равновесия. В машинном масле движение капельки было ускоренным, следовательно, сила тяжести превышает силу Архимеда. Форма капельки – чуть сплющенные шарики – результат нескомпенсированности сил, действующих на капельку.

Опыт Плато Оборудование: вода, спирт, масло растительное или машинное (красные капли машинного масла более зрелищны). Цель - повторить опыт Плато, условия плавания тел в жидкости, убедиться, что при равенстве плотностей жидкости и тела последнее будет плавать в ней на любой глубине; поверхностное натяжение, в отсутствие или при компенсации внешних воздействий, формирует шарообразную форму поверхности жидкости

Вывод: плавание тела в жидкости определяется соотношением между их плотностями – при их равенстве тело плавает внутри жидкости. То же самое соотношение должно выполняться и для величин силы тяжести и Архимеда ; в случае естественной или искусственной невесомости жидкости приобретают шарообразную форму, т. е. форму, при которой поверхность данного объема жидкости принимает наименьший объем.

От чего зависит поверхностная энергия жидкости и как измерить удельную поверхностную энергию жидкости?

молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избыточной по сравнению с молекулами внутри жидкости потенциальной энергией. Потенциальная энергия Eр поверхности жидкости пропорциональна ее площади: E р = A внеш = σS.

Равновесным состояниям системы соответствует минимальное значение ее потенциальной энергии. Следовательно свободная поверхность жидкости стремится сократить свою площадь. По этой причине свободная капля жидкости принимает шарообразную форму. Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, сокращающие (стягивающие) эту поверхность. Эти силы называются силами поверхностного натяжения.