Вероятно вам доводилось наблюдать за тем, как над наполненным до краев водой стакане, излишнее количество жидкости вовсе не проливается, а образует купол. В итоге мы наблюдаем, что по центру сосуда жидкость оказывается даже выше, чем у стенок. Но не стоит искать тут волшебство. Этот интересный процесс легко объясняется с точки зрения физики.
Для того, чтобы понять принцип появления этого "феномена" давайте вспомним, чем поверхностный слой жидкости отличается от глубинного слоя. Всё верно! На поверхности существует так называемое поверхностное натяжение. Оно появляется в следствие того, что жидкость - это не просто непонятная субстанция. Жидкость имеет свою структуру и частицы, составляющие жидкость, взаимосвязаны друг с другом.
Про поверхностное натяжение
Пока частица находится в окружении других частиц, взаимодействие распределяется равномерно и она оказывается взвешенной в этой среде. Все силы сбалансированы и уравновешены, а вещество просто существует как существует.
Стоит же частице подобраться к поверхности и уравновешивание пропадает. В общем-то, в физике всегда, когда речь идёт о граничных явлениях, наблюдаются какие-то особенности. Вот также и в этом случае. Высвобождающаяся сила образует граничный слой с уникальными свойствами. Поверхность жидкости оказывается "прочнее", нежели её внутренний слой. Тут сразу вспоминается и шутка про прыжок с моста на газетку, плавающую на поверхности воды, о которую можно легко сломать себе ноги. Важно, отметить, что это не совсем шутка. Ведь наверняка каждый из вас нырял в воду и ощущал это обжигающее чувство при заходе в поверхностный слой.
Откуда же купол?
Теперь, зная про поверхностное натяжение и специфику взаимодействия частиц, представьте себе, что слева, справа и снизу частичку поджимают силы взаимного отталкивания. Сверху же воздействия нет, потому что это уже поверхность и ничего, кроме атмосферы, на жидкость на давит. Но оторваться полностью частица от поверхности не может, так как силы притяжения действуют аж с трёх сторон.
Частица оказывается на поверхности и с обратной стороны её как будто выталкивают, но она держится за соседние частички и способна подняться в верх только на дальность действия связи. Когда эти частички организуют целую цепочку, не сложно догадаться, что каждая последующая частичка будет чуть выше, чем предыдущая. Пока дело не дойдет до постепенного понижения высоты уровня. Ведь с другой стороны жидкость упирается в стенку стакана к которой "приклеивается". Если воды в стакане не хватает, то будет наблюдаться обратный эффект - образуется мениск. Виновато тоже поверхностное натяжение, но причина немного другая. Там смачивание стенок тянет за собой края и центр наоборот оказывается в более свободном состоянии. Если стенки не смачиваются, то мы видим вновь купол.
Кстати, отсюда именно разбираемый процесс и заставляет жидкость в невесомости превращаться в шар. Ведь естественная форма любой жидкости, если её не плющит атмосферное давление - это сфера. Вот и получается, что в космосе поверхностное натяжение жидкости сохраняется, а давления нет. Поверхностное натяжение старается замкнуться и получается круг. В итоге мы видим занятные картинки с космонавтами и круглыми каплями.
Тут ещё уместно сравнить всю эту систему с сеткой рабица. Представьте, что с двух сторон вы закрепили такую сетку, а по центру нажали на неё. Конечно же, образуется "выпячивание". Сетка тут эквивалентна связям между частица жидкости. Они будут вести себя абсолютно также.
Пожалуйста, подпишитесь на проект, оцените статью лайком и напишите комментарий! Сейчас это очень важно для выживания проекта!
------
Путеводитель по научно-популярным каналам ДЗЕНа:
Советую также прочитать на канале:
-----
Подписывайтесь Вконтакте и присоединяйтесь к телеге!
#физика #научпоп #познавательное