пове́рхностное натяже́ние — термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объём системы и потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными.
поверхностное натяжение имеет двойной смысл — энергетический (термодинамический) и силовой (механический). энергетическое (термодинамическое) определение: поверхностное натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры. силовое (механическое) определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости[1].
сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. коэффициент пропорциональности {\displaystyle \gamma } — сила, приходящаяся на единицу длины контура — называется коэффициентом поверхностного натяжения. он измеряется в ньютонах на метр. но более правильно дать определение поверхностному натяжению, как энергии (дж) на разрыв единицы поверхности (м²). в этом случае появляется ясный смысл понятия поверхностного натяжения.
в 1983 году было доказано теоретически и подтверждено данными из справочников (посмотреть статью: журнал . 1983, № 10, с. 2528—2530), что понятие поверхностного натяжения жидкости однозначно является частью понятия внутренней энергии (хотя и специфической: для симметричных молекул близких по форме к шарообразным). в этой журнальной статье формулы позволяют для некоторых веществ теоретически рассчитывать значения поверхностного натяжения жидкости по другим - свойствам, например, по теплоте парообразования или по внутренней
в 1985 году аналогичный взгляд на природу поверхностного натяжения как части внутренней энергии при решении другой был опубликован в. вайскопфом (victor frederick weisskopf) в сша[4].
поверхностное натяжение может быть на границе газообразных, жидких и твёрдых тел. обычно имеется в виду поверхностное натяжение жидких тел на границе «жидкость — газ». в случае жидкой поверхности раздела поверхностное натяжение правомерно также рассматривать как силу, действующую на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданных объёмах фаз.
в общем случае прибор для измерения поверхностного натяжения называется тензиометр.
так как появление поверхности жидкости требует совершения работы, каждая среда «стремится» уменьшить площадь своей поверхности:
в невесомости капля принимает сферическую форму (сфера имеет наименьшую площадь поверхности среди всех тел одинакового объёма). то же самое происходит с каплей жидкости, помещаемой внутрь другой, несмешивающейся жидкости той же плотности (опыт плато).
струя воды «сливается» в цилиндр, который затем разбивается на шаровидные капли.
маленькие объекты с плотностью, большей плотности жидкости, способны «плавать» на поверхности жидкости, так как сила тяготения оказывается уравновешенной силой поверхностного натяжения.
некоторые насекомые (например, водомерки) способны передвигаться по воде, удерживаясь на её поверхности за счёт сил поверхностного натяжения.
на многих поверхностях, именуемых несмачиваемыми, вода (или другая жидкость) собирается в капли.
Объяснение:
Задачи на плотность, массу и объем с решением
Формулы, используемые в задачах по физике на плотность, массу и объем.
Название величины
Обозначение
Единицы измерения
Формула
Масса
m
кг
m = p * V
Объем
V
м3
V = m / p
Плотность
p
кг/м3
p = m / V
Плотность равна отношению массы тела к его объёму. Плотность обозначают греческой буквой ρ (ро).
Значок
Физика 7 класс: все формулы и определения КРУПНО на трех страницах
1 файл(ы) 255.55 KB
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Задача № 1. Найдите плотность молока, если 206 г молока занимают объем 200 см3?
задача 4
Задача № 2. Определите объем кирпича, если его масса 5 кг?
задача 5
Задача № 3. Определите массу стальной детали объёмом 120 см3
задача 6
Задача № 4. Размеры двух прямоугольных плиток одинаковы. Какая из них имеет большую массу, если одна плитка чугунная, другая — стальная?
Решение: Из таблицы плотности веществ (см. в конце страницы) определим, что плотность чугуна (ρ2 = 7000 кг/м3) меньше плотности стали (ρ1 = 7800 кг/м3). Следовательно, в единице объема чугуна содержится меньшая масса, чем в единице объема стали, так как чем меньше плотность вещества, тем меньше его масса, если объемы тел одинаковы.
Задача № 5. Определите плотность мела, если масса его куска объемом 20 см3 равна 48 г. Выразите эту плотность в кг/м3 и в г/см3.
ответ: Плотность мела 2,4 г/см3, или 2400 кг/м3.
Задача № 6. Какова масса дубовой балки длиной 5 м и площадью поперечного сечения 0,04 м2 ?
ОТВЕТ: 160 кг.
РЕШЕНИЕ. Из формулы для плотности получаем m = p • V. С учетом того, что объем балки V = S • l , получаем: m = p • S • l.
Вычисляем: m = 800 кг/м3 • 0,04 м2 • 5 м = 160 кг.
Задача № 7. Брусок, масса которого 21,6 г, имеет размеры 4 х 2,5 х 0,8 см. Определить, из какого вещества он сделан.
ОТВЕТ: Брусок сделан из алюминия.
Задача № 8 (повышенной сложности). Полый медный куб с длиной ребра а = 6 см имеет массу m = 810 г. Какова толщина стенок куба?
ОТВЕТ: 5 мм.
РЕШЕНИЕ: Объем кубика VK = а3 = 216 см3. Объем стенок VС можно вычислить, зная массу кубика mК и плотность меди р: VС = mК / р = 91 см3. Следовательно, объем полости VП = VK — VC = 125 см3. Поскольку 125 см3 = (5 см)3, полость является кубом с длиной ребра b = 5 см. Отсюда следует, что толщина стенок куба равна (а — b)/2 = (6 – 5)/2 = 0,5 см.
Задача № 9 (олимпиадный уровень). Масса пробирки с водой составляет 50 г. Масса этой же пробирки, заполненной водой, но с куском металла в ней массой 12 г составляет 60,5 г. Определите плотность металла, помещенного в пробирку.
ОТВЕТ: 8000 кг/м3
РЕШЕНИЕ: Если бы часть воды из пробирки не вылилась, то в этом случае общая масса пробирки, воды и куска металла в ней была бы равна 50 г + 12 г = 62 г. По условию задачи масса воды в пробирке с куском металла в ней равна 60,5 г. Следовательно, масса воды, вытесненной металлом, равна 1,5 г, т. е. составляет 1/8 массы куска металла. Таким образом, плотность металла в 8 раз больше плотности воды.
Задачи на плотность, массу и объем с решением. Таблица плотности веществ.
Задачи на плотность
Справочный материал для «Задачи на плотность, массу и объем«
Задачи на плотность, массу и объем с решением
Как, зная только массу, рассчитать плотность?
Если объем тела (вещества) неизвестен или не задан явно в условиях задачи, то попытайтесь его измерить, вычислить или узнать, используя косвенные (дополнительные) данные.
Если вещество сыпучее или жидкое, то оно, как правило, находится в емкости, которая обычно имеет стандартный объем. Так, например, объем бочки обычно равен 200 литров, объем ведра – 10 литров, объем стакана – 200 миллилитров (0,2 литра), объем столовой ложки – 20 мл, объем чайной – 5 мл. Об объеме трехлитровых и литровых банок нетрудно догадаться из их названия.
