Капиллярность. Отрицательное гидростатическое давление

Из физики известно, что наружная поверхность воды, отделяющая массу воды от атмосферы, отличается от остальной прикрываемой ею массы воды тем, что представляет собой тонкую пленку, подвергнутую поверхностному натяжению; она представляет собой как бы натянутую резиновую оболочку, наложенную на воду. Если опустить в воду стеклянную трубку очень малого диаметра (капиллярную трубку), то между стенками трубки и частицами воды осуществляется взаимное притяжение, выражается в том, что поверхность воды внутри трубки искривляется и приобретает вид шаровой поверхности  с радиусом кривизны этой поверхности, равным К: эта поверхность называется мениском. Если обозначить поверхностное натяжение этой искривленной поверхности в точках а и b, векторами ab и, направленным по касательным к шаровой поверхности в этих точках, то векторы эти представляют собой силы, которые действуют на мениск со стороны адсорбированной пленки на стенках трубки.

Раскладывая силы на соответственные составляющие мы видим, что составляющие,  имея одинаковое направление, складываются в одну общую силу направляющую вверх.

Таким образом, мениск обладает некоторой подъемной силой. Величина этой силы Q, отнесенная к квадратной единице поверхности мениска, согласно формуле.

Так как угол, составленный карательной ab с осью трубки, также не меняется для одного и того же материала трубки, то радиус R прямо пропорционален диаметру трубки, а отсюда следует, что чем диаметр трубки меньше, тем подъемная сила мениска больше.

Благодаря наличию подъемной силы Q мениск поднимается по трубке, поднимая за собой столб воды с большей или меньшей скоростью, зависящей от подъемной силы мениска, т. е. от диаметра трубки и от того сопротивления, которое встречает движение поднимающегося столба воды в трубке (трение о стенки).




Дата 28.04.2015