«СИЛА ПОВЕРХНОСТНОЙ ЭНЕРГИИ» Авторы: учащиеся 10 класса Вагнер Дмитрий, Мялов Артем Мялов Артем. МОУ «СОШ с. КОНСТАНТИНОВКА»

Выдуйте мыльный пузырь,-писал великий английский ученый Кельвин,-и смотрите на него:вы можете заниматься всю жизнь его изучением,не переставая извлекать из него уроки физики.

Исследование натяжения тончайших мыльных пленок помогает изучать законы действия сил между частицами,-тех сил сцепления, при отсутствии которых в мире не существовало бы ничего,кроме тончайшей пыли.

Гипотезы: Шарообразная форма мыльного пузыря объясняется стремлением пленки сократиться до наименьших размеров. Различие в силах сцепления у разных молекул объясняет различие в поверхностном натяжении жидкостей. Слипание влажных песчинок и мокрых волос после купания и объясняется действием сил сцепления молекул воды, облекающей песчинки или волосы.

План проведения исследований: 1. Опытным путем установить возможные формы мыльного пузыря. 2. Определить причину слипания тяжелых песчинок и влажных волос после купания. 3. Провести эксперимент по изменению энергии поверхностного слоя жидкости. 4. Сделать выводы.

Эксперимент 1. Выдуем пузырь из мыльного раствора. Шарообразная форма мыльного пузыря объясняется стремлением мыльной пленки сократиться до наименьших размеров: пограничный с воздухом слой молекул притягивается только молекулами внутренних слоев пленки и под действием результирующей силы притяжения молекулы втягиваются внутрь жидкости. На поверхности остается такое число молекул, при котором площадь поверхности оказывается минимальной. Такой формой, естественно, является сфера вот почему, и мыльный пузырь, и дождевые капли в полете принимают почти сферическую форму (в полете капли слегка вытягиваются из-за сопротивления воздуха).

Если разместить мыльный пузырь между двумя кольцами, он примет форму цилиндра. И если при этом увеличить расстояние между кольцами, цилиндр в одной половине сузится, в другой- расширится изменяя первоначальную форму. Но если оставить пленку в покое она примет форму сферы. Возможна ли иная форма мыльного пузыря?

Эксперимент 2. Дети хорошо знают, что куличики(и песчаные замки) можно строить только из мокрого песка. Сухие песчинки не пристают друг к другу. Но так же не пристают друг к другу песчинки, целиком погруженные в воду. Когда во время купанья человек окунется с головой в воду, его волосы расходятся в воде во все стороны, но стоит только высунуть голову из воды, как волосы тотчас лягут на голове слипшимися слоями. Чем это объяснить?

Слипание песчинок и волос мы должны объяснить действием сил сцепления молекул воды, облекающей песчинки(именно эти силы позволяют строить песчаные замки из песка, именно они цепко держат песчинку с песчинкой) или волосы. Молекула внутри жидкости окружена другими молекулами со всех сторон. Молекулу же, находящуюся у границы с газом, молекулы жидкости окружают только с одной стороны, со стороны же газа молекул почти нет.Для молекул, расположенных у поверхности, сложение всех сил дает равнодействующую, направленную внутрь жидкости. Каждая молекула, находящаяся вблизи поверхности жидкости стремится уйти внутрь жидкости и свободная поверхность, граничащая с воздухом, принимает наименьшую возможную величину. Под властью сил сцепления...

Эксперимент 3. Образуем мыльную пленку на колечке с ниткой. В эксперименте отчетливо видно стремление пленки сократиться до наименьших размеров. Поверхность «туго» натянута. Пока пленка цела по обе стороны нитки, нитка имеет форму, которую она случайно приняла при образовании пленки. Если уничтожить пленку по одну сторону нитки, то мыльная пленка по другую сторону тотчас уменьшит свою поверхность и натянет нитку. Под властью сил сцепления...

Эксперимент 4. Образуем мыльную пленку на прямоугольнике с подвижной перемычкой («качели»). В отсутствие внешней силы(F о ) вдоль поверхности пленки действует сила поверхностного натяжения, которая, сокращая поверхность пленки, двигает перемычку влево. При равномерном растяжении x пленки сила F совершает работу А= F x, поверхность пленки увеличивается путем заполнения молекулами внутренних слоев. Число молекул поверхностного слоя возрастает и увеличивается поверхностная энергия Е=σΔS, где σ-поверхностное натяжение. Благодаря поверхностному натяжению воды на её поверхности могут плавать легкие предметы и водомерки, чем меньше поверхностное натяжение, тем легче жидкость проникает в ткань.

Фактическая величина… Под властью сил сцепления... Согласно эксперимента: x = 23 мм L = 30 мм σ = 25 мН/м Следовательно: Е пов. = σΔS = σ x L = = 0,025Н/м×0,023 м ×0,03 м = 0, Дж = = 17,25 мк Дж. В соответствии с законом сохранения энергии: 2F пов. x = σ ×2 L x следовательно: F пов = σ L = 0,025Н/м ×0,03 м = 0,00075 Н = = 0,75 мН. Высокая проникающая способность мыльного раствора, позволяющая лучше очищать ткани, объясняется его малым поверхностным натяжением. F L x

Насыплем на поверхность воды в сосуде раскрошенную пробку.Этим приемом мы сделаем заметными перемещения поверхностного слоя воды. Теперь прикоснемся к поверхности воды маленьким кусочком мыла. Мы увидим, что порошок стремительно побежит от него во все стороны.Это показывает, что поверхностное натяжение мыльного раствора меньше, чем поверхностное натяжение чистой воды. Но, когда в воду опускаем кусочек сахарного леденца, порошок прислоняется к нему. Это показывает, что поверхностное натяжение сахарного раствора больше, чем поверхностное натяжение чистой воды. Так с помощью примесей можно изменить силу поверхностного натяжения. Эксперимент 5. Изменим поверхностное натяжение жидкости.

Выводы: Мыльный пузырь в свободном состоянии может принимать только форму сферы с наименьшей площадью поверхности. Песчаные замки можно строить только из влажного песка. Поверхностное натяжение жидкости можно изменить с помощью примесей.

Информационные ресурсы: Касьянов В. А. Физика.10 кл:Учебн.Для общеобразоват.Учреждений.-6-е изд.,стереотип.-М.:Дрофа, с.:ил. Элементарный учебник физики под ред. Акад. Г.С. Ландсберга, том 1. Механика.Теплота.Молекулярная физика.:М., 1975 г.,656 стр. с илл. Перельман Я.И. Занимательная физика. В двух книгах. Книга е изд., стереотип.-М.:Наука, с.