і вода розширюється, тому лід залишається плавати на поверхні замерзаючого водойми. Температура замерзає води під льодом дорівнює 0 В° С. У більш щільних шарах води у дна водойми температура виявляється близько 4 В° С. Завдяки цьому може існувати життя у воді замерзаючих водойм. p> Найбільш цікавою особливістю рідин є наявність вільної поверхні. Рідина, на відміну від газів, не заповнює весь об'єм посудини, в який вона налита. Між рідиною і газом (або парою) утворюється межа розділу, яка знаходиться в особливих умовах порівняно з рештою маси рідини. Молекули в прикордонному шарі рідини, на відміну від молекул в її глибині, оточені іншими молекулами тієї ж рідини не з усіх боків. Сили міжмолекулярної взаємодії, що діють на одну з молекул усередині рідини з боку сусідніх молекул, в середньому взаємно скомпенсовані. Будь-яка молекула в прикордонному шарі притягається молекулами, що знаходяться всередині рідини (силами, що діють на дану молекулу рідини з боку молекул газу (або пари) можна знехтувати). У результаті з'являється деяка рівнодіюча сила, спрямована вглиб рідини (рис. 1). br/>В
Рис. 1
Якщо молекула переміститься з поверхні всередину рідини, сили міжмолекулярної взаємодії здійснять позитивну роботу. Навпаки, щоб витягнути деяку кількість молекул з глибини рідини на поверхню (тобто збільшити площу поверхні рідини), треба затратити позитивну роботу зовнішніх сил? Aвнеш, пропорційну зміні? S площі поверхні:
? Aвнеш =?? S.
Коефіцієнт? називається коефіцієнтом поверхневого натягу (?> 0). Таким чином, коефіцієнт поверхневого натягу дорівнює роботі, необхідної для збільшення площі поверхні рідини при постійній температурі на одиницю. p> У СІ коефіцієнт поверхневого натягу вимірюється в джоулях на метр квадратний (Дж/м2) або в ньютонах на метр (1 Н/м = 1 Дж/м2).
Отже, молекули поверхневого шару рідини мають надлишкової в порівнянні з молекулами всередині рідини потенційною енергією. Потенційна енергія Ep поверхні рідини пропорційна її площі:
= Aвнеш =? S
З механіки відомо, що рівноважним станам системи відповідає мінімальне значення її потенційної енергії. Звідси випливає, що вільна поверхня рідини прагне скоротити свою площу. З цієї причини вільна крапля рідини приймає кулясту форму. br/>В
Рідина веде себе так, як ніби по дотичній до її поверхні діють сили, що скорочують (стягують) цю поверхню. Ці сили називаються силами поверхневого натягу. p> Наявність сил поверхневого натягу робить поверхню рідини схожою на пружну розтягнуту плівку, з тією тільки різницею, що пружні сили в плівці залежать від площі її поверхні (тобто від того, як плівка деформована), а сили поверхневого натягу не залежить від площі поверхні рідини.
Так як всяка система мимоволі переходить в стан, при якому її потенційна енергія мінімальна, то рідина повинна мимоволі переходити в такий стан, при якому площа її вільної поверхні має найменш...
