Теоретичні відомості. Вільна поверхня будь-якої рідини заходиться в особливому напруженому стані і в деякій мірі нагадує собою тонку розтягнуту плівку

Вільна поверхня будь-якої рідини заходиться в особливому напруженому стані і в деякій мірі нагадує собою тонку розтягнуту плівку. Утворення поверхневого натягу, як в рідинах, так і в твердих тілах, є результат прояву молекулярних сил.

Якщо молекула знаходиться в середині рідини, то на неї з усіх сторін діють сусідні молекули (в сфері радіуса дії молекулярних сил) в однаковій мірі, і рівнодіюча всіх молекулярних сил дорівнює 0 (рис. 1, А).

Якщо ж молекула знаходиться біля поверхні рідини на відстані, меншій, ніж радіус сфери дії молекулярних сил (рис. 1, Б), то в цьому випадку притягнення молекул, які знаходяться в нижній частині сфери молекулярної дії, перевищує протягування молекул, які знаходяться вище, і рівнодіюча всіх молекулярних сил буде направлена вниз - в середину рідни. Чим ближча молекула до поверхні рідини, тим більше буде ця сила. Наявність цієї сили приводить до того, що для збільшення поверхні рідини треба виконати певну роботу і тому поверхня рідини намагається зменшити свою площу. Це можна описати за допомогою уявлення про сили поверхневого натягу.

Сили поверхневого натягу напрямлені по дотичній до поверхні рідини і діють нормально до будь-якої прямої, проведеної на цій поверхні. Якщо уявно розрізати поверхню рідини деякою лінією довжиною , тоді сила поверхневого натягу між обома частинами поверхні, які знаходяться по обидві сторони лінії, буде тим більше, чим більше довжина лінії, тобто сила поверхневого натягу буде прямо пропорційна довжині:

, де коефіцієнт пропорційності називається коефіцієнтом поверхневого натягу і чисельно дорівнює силі поверхневого натягу, прикладеної до одиниці довжини.

Коефіцієнт пропорційності вимірюють в . Для води при 0⁰С . Зміна температури впливає на величину поверхневого натягу. При підвищенні температури коефіцієнт поверхневого натягу зменшується.

У даній лабораторній роботі для визначення коефіцієнту поверхневого натягу рідини пропонується метод капілярних трубок. При цьому висота змочувальної рідини у капілярі визначається поверхневим натягом s, густиною рідини r та радіусом капіляру r: (2), де g – прискорення вільного падіння, d – діаметр капіляру. Із цього випливає, що . Для визначення s необхідно виміряти висоту підйому рідини відомої густини у капілярі і знати його діаметр.