Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 18 № 1394
i

По­верх­ност­ное на­тя­же­ние жид­ко­стей

Если взять тон­кую чи­стую стек­лян­ную труб­ку (она на­зы­ва­ет­ся ка­пил­ля­ром), рас­по­ло­жить ее вер­ти­каль­но и по­гру­зить ее ниж­ний конец в ста­кан с водой, то вода в труб­ке под­ни­мет­ся на не­ко­то­рую вы­со­ту над уров­нем воды в ста­ка­не. По­вто­ряя этот опыт с труб­ка­ми раз­ных диа­мет­ров и с раз­ны­ми жид­ко­стя­ми, можно уста­но­вить, что вы­со­та под­ня­тия жид­ко­сти в ка­пил­ля­ре по­лу­ча­ет­ся раз­лич­ной. В узких труб­ках одна и та же жид­кость под­ни­ма­ет­ся выше, чем в ши­ро­ких. При этом в одной и той же труб­ке раз­ные жид­ко­сти под­ни­ма­ют­ся на раз­ные вы­со­ты. Ре­зуль­та­ты этих опы­тов, как и еще целый ряд дру­гих эф­фек­тов и яв­ле­ний, объ­яс­ня­ют­ся на­ли­чи­ем по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния жид­ко­стей.

Воз­ник­но­ве­ние по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния свя­за­но с тем, что мо­ле­ку­лы жид­ко­сти могут вза­и­мо­дей­ство­вать как между собой, так и с мо­ле­ку­ла­ми дру­гих тел  — твер­дых, жид­ких и га­зо­об­раз­ных,  — с ко­то­ры­ми на­хо­дят­ся в со­при­кос­но­ве­нии. Мо­ле­ку­лы жид­ко­сти, ко­то­рые на­хо­дят­ся на ее по­верх­но­сти, «су­ще­ству­ют» в осо­бых усло­ви­ях  — они кон­так­ти­ру­ют и с дру­ги­ми мо­ле­ку­ла­ми жид­ко­сти, и с мо­ле­ку­ла­ми иных тел. По­это­му рав­но­ве­сие по­верх­но­сти жид­ко­сти до­сти­га­ет­ся тогда, когда об­ра­ща­ет­ся в ноль сумма всех сил вза­и­мо­дей­ствия мо­ле­кул, на­хо­дя­щих­ся на по­верх­но­сти жид­ко­сти, с дру­ги­ми мо­ле­ку­ла­ми. Если мо­ле­ку­лы, на­хо­дя­щи­е­ся на по­верх­но­сти жид­ко­сти, вза­и­мо­дей­ству­ют пре­иму­ще­ствен­но с мо­ле­ку­ла­ми самой жид­ко­сти, то жид­кость при­ни­ма­ет форму, име­ю­щую ми­ни­маль­ную пло­щадь сво­бод­ной по­верх­но­сти. Это свя­за­но с тем, что для уве­ли­че­ния пло­ща­ди сво­бод­ной по­верх­но­сти жид­ко­сти нужно пе­ре­ме­стить мо­ле­ку­лы жид­ко­сти из ее глу­би­ны на по­верх­ность, для чего не­об­хо­ди­мо «раз­дви­нуть» мо­ле­ку­лы, на­хо­дя­щи­е­ся на по­верх­но­сти, то есть со­вер­шить ра­бо­ту про­тив сил их вза­им­но­го при­тя­же­ния. Таким об­ра­зом, со­сто­я­ние жид­ко­сти с ми­ни­маль­ной пло­ща­дью сво­бод­ной по­верх­но­сти яв­ля­ет­ся наи­бо­лее вы­год­ным с энер­ге­ти­че­ской точки зре­ния. По­верх­ность жид­ко­сти ведет себя по­доб­но на­тя­ну­той упру­гой плен­ке  — она стре­мит­ся мак­си­маль­но со­кра­тить­ся. Имен­но с этим и свя­за­но по­яв­ле­ние тер­ми­на «по­верх­ност­ное на­тя­же­ние».

При­ве­ден­ное выше опи­са­ние можно про­ил­лю­стри­ро­вать при по­мо­щи опыта Плато. Если по­ме­стить каплю ани­ли­на в рас­твор по­ва­рен­ной соли, по­до­брав кон­цен­тра­цию рас­тво­ра так, чтобы капля пла­ва­ла внут­ри рас­тво­ра, на­хо­дясь в со­сто­я­нии без­раз­лич­но­го рав­но­ве­сия, то капля под дей­стви­ем по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния при­мет ша­ро­об­раз­ную форму, по­сколь­ку среди

всех тел имен­но шар об­ла­да­ет ми­ни­маль­ной пло­ща­дью по­верх­но­сти при за­дан­ном объ­е­ме.

Если мо­ле­ку­лы, на­хо­дя­щи­е­ся на по­верх­но­сти жид­ко­сти, кон­так­ти­ру­ют с мо­ле­ку­ла­ми твер­до­го тела, то по­ве­де­ние жид­ко­сти будет за­ви­сеть от того, на­сколь­ко силь­но вза­и­мо­дей­ству­ют друг с дру­гом мо­ле­ку­лы жид­ко­сти и твер­до­го тела. Если силы при­тя­же­ния между мо­ле­ку­ла­ми жид­ко­сти и твер­до­го тела ве­ли­ки, то жид­кость будет стре­мить­ся рас­течь­ся по по­верх­но­сти твер­до­го тела. В этом слу­чае го­во­рят, что жид­кость хо­ро­шо сма­чи­ва­ет твер­дое тело (или пол­но­стью сма­чи­ва­ет его). При­ме­ром хо­ро­ше­го сма­чи­ва­ния может слу­жить вода, при­ве­ден­ная в кон­такт с чи­стым стек­лом. Капля воды, по­ме­щен­ная на стек­лян­ную пла­стин­ку, сразу же рас­те­ка­ет­ся по ней тон­ким слоем. Имен­но из-за хо­ро­ше­го сма­чи­ва­ния стек­ла водой и на­блю­да­ет­ся под­ня­тие уров­ня воды в тон­ких стек­лян­ных труб­ках. Если же силы при­тя­же­ния мо­ле­кул жид­ко­сти друг к другу зна­чи­тель­но пре­вы­ша­ют силы их при­тя­же­ния к мо­ле­ку­лам твер­до­го тела, то жид­кость будет стре­мить­ся при­нять такую форму, чтобы пло­щадь ее кон­так­та с твер­дым телом была как можно мень­ше. В этом слу­чае го­во­рят, что жид­кость плохо сма­чи­ва­ет твер­дое тело (или пол­но­стью не сма­чи­ва­ет его). При­ме­ром пло­хо­го сма­чи­ва­ния могут слу­жить капли ртути, по­ме­щен­ные на стек­лян­ную пла­стин­ку. Они при­ни­ма­ют форму почти сфе­ри­че­ских ка­пель, не­мно­го де­фор­ми­ро­ван­ных из-за дей­ствия силы тя­же­сти. Если опу­стить конец стек­лян­но­го ка­пил­ля­ра не в воду, а в сосуд с рту­тью, то ее уро­вень ока­жет­ся ниже уров­ня ртути в со­су­де.

Кос­мо­навт, на­хо­дя­щий­ся на ор­би­таль­ной кос­ми­че­ской стан­ции, ле­та­ю­щей во­круг Земли, вы­да­вил из тю­би­ка с кос­ми­че­ским пи­та­ни­ем каплю жид­ко­сти, ко­то­рая на­ча­ла ле­тать по ка­би­не стан­ции. Какую форму при­мет эта капля?

Ответ по­яс­ни­те.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

1.  Капля при­мет форму шара.

2.  Все пред­ме­ты на ор­би­таль­ной стан­ции на­хо­дят­ся в со­сто­я­нии не­ве­со­мо­сти, по­это­му форма капли будет опре­де­лять­ся толь­ко по­верх­ност­ным на­тя­же­ни­ем. Из-за него капля будет ста­рать­ся при­нять такую форму, при ко­то­рой пло­щадь по­верх­но­сти будет ми­ни­маль­ной, то есть форму шара.

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рии оце­ни­ва­ния вы­пол­не­ния за­да­нияБаллы
Пред­став­лен пра­виль­ный ответ на во­прос, и при­ве­де­но до­ста­точ­ное обос­но­ва­ние, не со­дер­жа­щее оши­бок2
Пред­став­лен пра­виль­ный ответ на по­став­лен­ный во­прос, но его обос­но­ва­ние не яв­ля­ет­ся до­ста­точ­ным, хотя со­дер­жит оба эле­мен­та пра­виль­но­го от­ве­та или ука­за­ние на фи­зи­че­ские яв­ле­ния (за­ко­ны), при­част­ные к об­суж­да­е­мо­му во­про­су.

ИЛИ

Пред­став­ле­ны кор­рект­ные рас­суж­де­ния, при­во­дя­щие к пра­виль­но­му от­ве­ту, но ответ явно не сфор­му­ли­ро­ван

1
Пред­став­ле­ны общие рас­суж­де­ния, не от­но­ся­щи­е­ся к от­ве­ту на по­став­лен­ный во­прос.

ИЛИ

Ответ на во­прос не­ве­рен не­за­ви­си­мо от того, что рас­суж­де­ния пра­виль­ны или не­вер­ны, или от­сут­ству­ют

0
Мак­си­маль­ный балл2

Аналоги к заданию № 1394: 1791 Все

Раздел кодификатора ФИПИ: 1.4 Сво­бод­ное па­де­ние.
1
Тип 18 № 1421
i

При про­ве­де­нии опыта Плато уче­ник на­блю­дал боль­шую сфе­ри­че­скую каплю ани­ли­на, ко­то­рая пла­ва­ла в со­су­де с рас­тво­ром соли с со­от­вет­ству­ю­щим об­ра­зом по­до­бран­ной кон­цен­тра­ци­ей. Уче­ник до­сы­пал на дно со­су­да еще чуть-чуть соли. При мед­лен­ном рас­тво­ре­нии соли плот­ность рас­тво­ра в раз­ных ча­стях со­су­да стала раз­ной  — в ниж­ней части не­мно­го бóльшей, чем в верх­ней. Как из­ме­нит­ся форма капли? Ответ по­яс­ни­те.


Аналоги к заданию № 1421: 1818 Все


2
Тип Д19 № 1392
i

В ста­кан с водой по­гру­зи­ли концы двух вер­ти­каль­ных стек­лян­ных тру­бок  — с внут­рен­ни­ми диа­мет­ра­ми 0,5 мм и 0,2 мм. Стек­ло перед этим было тща­тель­но обез­жи­ре­но. Можно утвер­ждать, что

 

1)  вода под­ни­мет­ся выше в труб­ке диа­мет­ром 0,5 мм

2)  вода под­ни­мет­ся выше в труб­ке диа­мет­ром 0,2 мм

3)  вода под­ни­мет­ся в обеих труб­ках на оди­на­ко­вую вы­со­ту

4)  уро­вень воды в обеих труб­ках будет ниже уров­ня воды в ста­ка­не


Аналоги к заданию № 1392: 1419 14513 Все


3
Тип Д20 № 1393
i

При по­гру­же­нии конца тон­ко­го пла­сти­ко­во­го ка­пил­ля­ра в сосуд с жид­ко­стью ее уро­вень в ка­пил­ля­ре ока­зы­ва­ет­ся выше, чем в со­су­де. Из этого сле­ду­ет, что

 

1)  дан­ная жид­кость хо­ро­шо сма­чи­ва­ет пла­стик, из ко­то­ро­го из­го­тов­лен ка­пил­ляр

2)  дан­ная жид­кость плохо сма­чи­ва­ет пла­стик, из ко­то­ро­го из­го­тов­лен ка­пил­ляр

3)  дан­ная жид­кость пол­но­стью не сма­чи­ва­ет пла­стик, из ко­то­ро­го из­го­тов­лен ка­пил­ляр

4)  плот­ность жид­ко­сти мень­ше, чем плот­ность пла­сти­ка, из ко­то­ро­го из­го­тов­лен ка­пил­ляр


4
Тип Д22 № 14514
i

Вы­бе­ри­те два вер­ных утвер­жде­ния, ко­то­рые со­от­вет­ству­ют со­дер­жа­нию тек­ста. За­пи­ши­те в ответ их но­ме­ра.

 

1.  В ста­кан с водой по­гру­зи­ли концы двух вер­ти­каль­ных стек­лян­ных тру­бок  — с внут­рен­ни­ми диа­мет­ра­ми 0,5 мм и 0,2 мм. Стек­ло перед этим было тща­тель­но обез­жи­ре­но. Можно утвер­ждать, что вода под­ни­мет­ся выше в труб­ке диа­мет­ром 0,5 мм.

2.  В ста­кан с водой по­гру­зи­ли концы двух вер­ти­каль­ных стек­лян­ных тру­бок  — с внут­рен­ни­ми диа­мет­ра­ми 0,5 мм и 0,2 мм. Стек­ло перед этим было тща­тель­но обез­жи­ре­но. Можно утвер­ждать, что вода под­ни­мет­ся выше в труб­ке диа­мет­ром 0,2 мм.

3.  При по­гру­же­нии конца тон­ко­го пла­сти­ко­во­го ка­пил­ля­ра в сосуд с жид­ко­стью ее уро­вень в ка­пил­ля­ре ока­зы­ва­ет­ся выше, чем в со­су­де. Из этого сле­ду­ет, что дан­ная жид­кость хо­ро­шо сма­чи­ва­ет пла­стик, из ко­то­ро­го из­го­тов­лен ка­пил­ляр.

4.  При по­гру­же­нии конца тон­ко­го пла­сти­ко­во­го ка­пил­ля­ра в сосуд с жид­ко­стью ее уро­вень в ка­пил­ля­ре ока­зы­ва­ет­ся выше, чем в со­су­де. Из этого сле­ду­ет, что дан­ная жид­кость плохо сма­чи­ва­ет пла­стик, из ко­то­ро­го из­го­тов­лен ка­пил­ляр.

5.  При по­гру­же­нии конца тон­ко­го пла­сти­ко­во­го ка­пил­ля­ра в сосуд с жид­ко­стью ее уро­вень в ка­пил­ля­ре ока­зы­ва­ет­ся выше, чем в со­су­де. Из этого сле­ду­ет, что дан­ная жид­кость пол­но­стью не сма­чи­ва­ет пла­стик, из ко­то­ро­го из­го­тов­лен ка­пил­ляр.