Колонка Игоря Гладкобородова

Технологии и медиа глазами программиста

Игорь Гладкобородов

Один из создателей T&P, автор первого сезона «Просто о сложном» в своей колонке пишет о том, что его волнует: о технологиях и медиа, о сайтах и их пользователях, о дизайне и программировании.

Все посты автора

,

Что такое поверхностное натяжение и почему водомерки не тонут

Tension

Иллюстрация: Максим Чатский

Если взять кубик из пластилина, и начать давить на него со всех сторон с одинаковой силой, то он быстро превратится в шарик. То же самое происходит с каплей воды, только на нее ничто не давит снаружи, она сама на себя давит. Эта сила называется поверхностным натяжением.

Любая молекула в жидкости притягивается одновременно ко всем молекулам вокруг. А если сложить эти силы, то противоположные по направлению силы компенсируют друг друга, и результирующая сила будет равна нулю.

Но если молекула находится на краю жидкости, то ее окружают молекулы только с одной стороны, и результирующая сила тянет эту молекулу внутрь.

Получается, что на каждую точку на поверхности жидкости действует сила, направленная перпендикулярно краю жидкости. Именно это и позволяет наливать воду в стакан «с горочкой».

Cup

Чем больше поверхность капли воды, тем больше сила натяжения, которая давит на поверхность капли внутрь. Поэтому капля стремится стать круглой, так площадь ее поверхности становится минимально возможной.

Возьмите стакан с водой, скрепку и маленький листок тонкой бумаги. Опустите листок на воду, чтобы он плавал, сверху на него положите скрепку. После этого аккуратно опустите листок вниз в воду, не дотрагиваясь до скрепки. Бумага утонет, а скрепка останется плавать на поверхности. Скрепка тяжелее воды, но поверхностное натяжение не дает ей утонуть.

Комментарии

Можно положить иголку, предварительно ее намагнитив, и она будет показывать на север!

Этот опыт есть в «Занимательной физике» Я.Перельмана.

Капля стремится стать круглой, потому что так площадь ее поверхности становится минимально возможной, ведь чем больше поверхность капли воды, тем больше сила натяжения, которая давит на поверхность капли внутрь.

и еще

Эй, что за фигня. Я написал много букв, а в комментах получился огрызок из середины! :(

да, и

ага. Оно дописывает. Накидаю по частям:

а так же

Фраза «Чем больше поверхность капли воды, тем больше сила натяжения, которая давит на поверхность капли внутрь. Поэтому капля стремится стать круглой, так площадь ее поверхности становится минимально возможной.» - это плохое объяснение, ибо ничего не объясняет, не говоря уж о том, что формулировка объяснения в форме «Поэтому .., так как ...» - неоправданно головоломна.

и

Капля стремится стать круглой, потому что так площадь ее поверхности становится минимально возможной, ведь чем больше поверхность капли воды, тем больше сила натяжения, которая давит на поверхность капли внутрь.

да, и

э... опять зарезало. продолжаю:

Если переформулировать эти утверждения в варианте, более близком русскому языку, её можно будет разбирать дальше.

и еще

Капля стремится стать круглой, потому что так площадь ее поверхности становится минимально возможной, ведь чем больше поверхность капли воды, тем больше сила натяжения, которая давит на поверхность капли внутрь.

к тому же

хм. кавычки съело. Предыдущая реплика - была в кавычках. Это попытка переформулировки.

и еще

Из этой фразы слышится множество странных утверждений, следствий и посылок, например: чем больше воды в капле, тем сильнее внутри неё давление от поверхности; поверхность капли можно растягивать как резинку; есть снаружи от капли мистическая сила, которая измеряет площадь поверхности капли и давит на каплю; бывают силы, которые давят на поверхность капли наружу, и могут её от капли оторвать; если в поверхности капли сделать вмятинку, эта вмятинка продавится той силой ещё сильнее... К тому же слово «стремится» здесь сбивает: антропоморфизирование явлений природы - наделение их стремлениями и желаниями - штука вредная для объяснения физики. Лучше бы его избегать. А то выходит, что капля из учебников знает, что при минимально возможной площади поверхности ей будет лучше, и всей душой верит этому.

к тому же

Такие «объяснения» подрывают в пытливом уме доверие к науке и учителям, такое рассказывающим. Ничего толком не объясняя, дают понять что на самом деле понять тут ничего нельзя, что оно так сложно, что даже учителя не могут сами толком это объяснить.

и еще

Кроме перечисленных неявных, тут более явно высказываются ещё следующие утверждения: среди всех фигур одного объёма, площадь поверхности будет минимальна у сферы (что верно); чем больше площадь поверхности, тем больше сила натяжения (что неверно, так как сила натяжения - понятие локальное, и её размер зависит от состояния контактирующих веществ, а не от формы поверхности); сила поверхностного натяжения давит на поверхность внутрь (что тоже неверно, так как если поверхность вогнута - то её тянет наружу);

а так же

Заканчиваю постановку проблемы, критику, и перехожу к её решению, к предложению:

а так же

Во-первых, надо решить, что именно мы хотим тут объяснить. Формулировку «почему капля стремится стать круглой?» приходится отвергнуть из-за её антропоморфичности. Задачка не простая. Выкрутится можно попробовать так: «Почему все капли округлые?».

Во-вторых, надо решить что делать с явными утверждениями. Два некорректных придётся выкинуть, заменив корректными. Про сферу вполне можно оставить.

да, и

Соответственно пишем: «Все капли округлые, потому что сила натяжения тянет молекулы поверхности друг к другу, тем самым сокращая её размеры до минимально возможных. А среди всех фигур одного объёма, площадь поверхности будет минимальна у шара.»

да, и

уф.. всё.

Комментировать