Мокрая физика - смачивание и поверхностное натяжение

Подробности

Обновлено 07.02.2024 20:48

Роль  поверхностных явлений в жизни животного и растительного мира очень разнообразна.
Например, поверхностная пленка воды используется многими организмами в качестве опоры при движении. Такая форма движения встречается у мелких насекомых и паукообразных.

Вот проворно бежит по воде, точно по стеклу, сухопарый водяной клоп-водомерка.
Водомерка опирается на воду только конечными члениками широко расставленных лапок. Лапки водомерки покрыты волосками с воскообразным налетом и не смачиваются водой. Поверхностный слой воды прогибается под давлением лапки, образуя небольшое углубление.
Подобным же образом перемещаются береговые пауки некоторых видов,  но их лапки располагаются не параллельно поверхности воды, как у водомерок, а под прямым углом к ней.

Некоторые животные, обитающие в воде, но не имеющие жабр, подвешиваются снизу у поверхностной пленки воды с помощью особых несмачивающихся щетинок, окружающих их органы дыхания. Этим приемом пользуются, например,  личинки комаров.

Воскообразный налет на листьях препятствует заливанию так называемых устьиц, которое могло бы привести к нарушению правильного дыхания растений; наличием того же воскового налета объясняется водонепроницаемость соломенной кровли, сена в стогах и т. д.

Вот на поверхности воды плавает утиное  перышко, конец которого загнут  вверх, как  маленький надутый парус. Дунул ветерок, и   перышко скользит по воде, словно парусная лодка.  Не такое ли перышко  наблюдал    первобытный дикарь, который  первый примостил к   выдолбленному бревну   звериную шкуру, чтобы  ветер помог переправе  через реку? 
Перья и пух водоплавающих птиц всегда обильно смазаны жировыми выделениями особых желез, что объясняет их непромокаемость. Толстый слой воздуха, заключенный между перьями утки и не вытесняемый оттуда водой, не только защищает утку от потери тепла, но и чрезвычайно увеличивает ее «запас плавучести», действуя подобно спасательному поясу.
Поймайте перышко,  оно совсем сухое: вода  не смочила его жирной  поверхности. 

Умываясь, тоже можно делать наблюдения.  Бросьте на поверхность воды комок мыльной пены.  
От него начинают стремительно   разбегаться в стороны мелкие пузырьки.  
Их тянет сила поверхностного натяжения,  которое больше у чистой воды, чем у мыльной. 

Если ваши волосы не слишком коротко острижены, вы можете проследить,  что, когда голова под водой, волосы торчат во все стороны, но как только вы   подняли мокрую голову из воды, волосы слипаются друг с другом и плотно прилипают  к голове. Вот прекрасный пример значения «поверхностного натяжения» в   капиллярных явлениях.
Волосы слипаются не тогда, когда между ними вода, а когда  между ними получается водяная «пленка»,  стремящаяся сократиться. Припомните, как расправляется в воде  акварельная кисточка и как сжимаются  ее волоски, когда она вынута из воды. 

Понаблюдайте  физические явления во время завтрака.
Зачерпните ложечкой мелкие пузырьки воздуха, выплывшие  из сахара на поверхности чая. Вглядитесь, как эти пузырьки   в неполной ложке прилипают к краям, а в переполненной  «с верхом» собираются к средине выпуклой поверхности.  

Зачем у сливочника сделан «носок»?
Вы хотите налить чай на  блюдце, а струя чая соскальзывает по наружной поверхности чашки  и попадает на скатерть.
Почему здесь чай льется не туда, куда его  тянет сила тяжести? 

А вот и "космический" пример.
В космическом корабле не действует сила тяжести, поэтому вода не может литься.
Но силы молекулярного сцепления продолжают действовать, как и в земных условиях.
Допустим, бачок сделан из стекла, с которым молекулы воды сцепляются сильнее, чем друг с другом. Вода не успокоится, пока не смочит изнутри всю поверхность бачка и не покроет её ровным слоем. А если открыть кран, то часть воды выберется из бачка, поползёт по его стенкам и покроет весь бачок даже и снаружи.
А если сделать бачок и кран из материала, который не смачивается водой, например, из полиэтилена?
Теперь вода из бачка никуда сама по себе не выползет. Даже если открыть кран полностью, из него не выльется ни единой капли. В космосе нет силы тяжести, здесь вода ничего не весит и никуда не падает.
Но как же тогда достать воду из бачка?
Её можно выжать оттуда, например, поршнем. Или сделать стенки бачка гибкими, эластичными, и выдавливать воду, словно зубную пасту из тюбика.

Источник: по страницам книг для школьников

Следующая страница