х сил, що діють на рідину, вона приймає таку форму, при якій її поверхня є мінімальною (при даному обсязі), тобто форму кулі. При такій формі максимально можливе число молекул знаходиться не на поверхні, а всередині об'єму рідини. У реальних умовах рідина знаходиться не тільки під дією внутрішніх молекулярних сил. На рідина, крім того, діють сила тяжіння і сила взаємодії між молекулами рідини і твердого тіла, з яким рідина межує. Тому рідина приймає форму кулі лише в тих випадках, коли мала сила тяжіння (тобто коли мала маса рідини), а якщо рідина межує з твердим тілом, то повинна бути мала також і сила взаємодії молекул рідини з молекулами твердого тіла в порівнянні з межмолекулярними силами в самій рідини.
Цим пояснюється той факт, що сферичну форму мають лише малі краплі рідини, якщо вони оточені повітрям, а якщо краплі стикаються з твердим тілом, то сферична форма можлива лише в тих випадках, коли рідина не змочує тверде тіло (рідина саме в тих випадках не змочує тверде тіло, коли молекулярні сили всередині рідини перевершують сили взаємодії з молекулами твердого тіла).
Навпаки, змочування твердого тіла рідиною свідчить про те, що сили, що діють між молекулами рідини, багато менше, ніж сили взаємодії з частинками твердого тіла.
Так молекули поверхневого шару рідини мають підвищеної потенційної енергією, то всяке зменшення площі поверхні рідини призводить до зменшення цієї енергії. Значить, при такому скороченні поверхні може бути здійснена робота. Навпаки, будь-яке збільшення поверхні рідини пов'язано із збільшенням потенційної енергії. Очевидно, що це зміна енергії пропорційно зміні величини площі поверхні.
Позначимо зміна енергії через dW, а відповідне зміна площі поверхні - через dS. Тоді можна написати:
dW = Пѓ dS (1)
Коефіцієнт пропорційності Пѓ, що входить в цю формулу, називається коефіцієнтом поверхневого натягу рідини.
Фізичний зміст цієї величини (з формули 1): коефіцієнт поверхневого натягу чисельно дорівнює зміні поверхневої енергії рідини при зміні площі її поверхні на одиницю. Коефіцієнт поверхневого натягу вимірюється:
а) За системою СІ - Дж/м2;
б) За системою СГС - ерг/см2.
Завдяки тому, що сили, що діють в поверхневому шарі рідини, прагнуть зменшити площу її поверхні, рідини поводяться так, як ніби їх поверхні являють собою натягнуті пружні плівки. У цьому випадку вважається, що на поверхні рідини діють сили, дотичні до неї, перпендикулярні до будь-якої лінії, взятої на поверхні рідини (рис.2).
В
Малюнок 2-Сили, які у поверхневому шарі рідини.
Ці сили називаються силами поверхневого натягу. Для будь-якої лінії, складової кордон між поверхнею рідини і твердим тілом, можна написати рівність:
F = Пѓ Г— l, (2)
де: F - сила поверхневого натягу, що діє на контур вільної поверхні рідини довгою l,
Пѓ - коефіцієнт поверхневого натягу.
З цієї то...
