Care sunt picăturile din 1987 aslamazov l

Care sunt picăturile?

Situația cu formă de picături este mult mai complicată. Tendința de tensiune superficială pentru a reduce suprafața lichidului este, de obicei, contracarată de alte forțe. De exemplu, o picătură de lichid este aproape niciodată o minge, deși mingea are cea mai mică dintre toate formele suprafeței pentru un volum dat. Când picătura se sprijină pe o suprafață orizontală fixă, se pare că este aplatizată. O picătură în aer are, de asemenea, o formă complexă. Și numai o picătură, care este în greutate, presupune o formă sferică perfectă.







Pentru prima dată, omologul belgian J. Plato a ghicit efectul gravitației în studierea tensiunii de suprafață a lichidelor la mijlocul secolului trecut. Desigur, la acel moment, și nu visează la o adevărată greutate, și Platon tocmai sa oferit să echilibreze forța gravitațională vigoare arhipimedeană. El a plasat lichidul de testare (ulei) într-o soluție cu aceeași densitate și, așa cum scrie biograful său, a fost surprins să vadă că uleiul a luat o formă sferică; el și-a aplicat odată regula "la timp pentru a fi surprins" și acest fenomen a servit ulterior ca obiect al unei reflecții lungi ".

Metoda lui Platon a folosit pentru a studia diferite fenomene. De exemplu, a studiat formarea și detașarea unei picături de lichid la capătul tubului.

De obicei, cu toate că încet creștem picăturile, se rupe atât de repede, încât ochiul nu poate urma detaliile acestui proces. Platoul a plasat capătul tubului într-un lichid a cărui densitate a fost doar puțin mai mică decât densitatea picăturii. Acțiunea gravitației este slăbită, astfel încât să puteți crește o picătură foarte mare și să vedeți cum sparge tubul.

În Fig. 8 prezintă diferitele etape ale frumosului proces de formare și detașare a picăturii (fotografiile au fost obținute printr-o metodă modernă - folosind filme de mare viteză). Să încercăm să explicăm acest fenomen. În timp ce picura crește încet, putem presupune că în fiecare moment al timpului este în echilibru. Apoi, pentru un volum de picătură dat, forma sa este determinată de condiția ca suma energiei de suprafață și energia potențială a picăturii datorate gravitației să fie minimă. Tensiunea de suprafață determină scăderea suprafeței de rulare, tendința de a da picăturii o formă sferică. Gravitatea, prin contrast, tinde să găsească centrul de masă al picăturii cât mai scăzut posibil. Ca urmare, picatura este alungită.

Cu cât este mai mare scăderea, cu atât este mai mare rolul potențialului de energie al gravitației. Masa principală pe măsură ce crește drojdia este colectată în partea de jos și se formează o picătură la picătură (cea de-a doua fotografie din Figura 8). Forța de tensionare a suprafeței este direcționată vertical de-a lungul tangentei la gât. Echilibrează forța de gravitație care acționează asupra picăturii. Acum, o picătură este suficientă pentru a crește puțin și forțele de tensionare de suprafață nu mai pot echilibra forța gravitației. Gâtul picăturii se îngustează rapid (cea de-a treia fotografie din Figura 8) și, ca urmare, picura se rupe (a patra fotografie). În același timp, o picătură mică se separă de gât, care cade după cea mare. Picătură secundară este întotdeauna formată (se numește mingea Platon), dar din moment ce procesul de separare a picăturilor este foarte rapid, de obicei nu observăm această picătură secundară.







Nu vom intra în motivele formării unei mici picături aici - este o întrebare destul de subtilă. Dar să încercăm să explicăm forma căderii care se încadrează. Fotografiile instant ale picăturilor care se încadrează arată că picăturile mici sunt aproape sferice, iar cele mari sunt similare cu un bun. Mai întâi, să estimăm raza unei picături la care își pierde sfericitatea.

Cu mișcarea uniformă a picăturii, forța gravitațională, care acționează, spre exemplu, pe coloana centrală a picăturii AB (Figura 9), trebuie să fie echilibrată de forțele de tensiune superficială. Și pentru aceasta este necesar ca razele de curbură a picăturii în punctele A și B să fie diferite. Într-adevăr, tensiunea superficială creează o suprapresiune determinată de formula Laplace: # 916; Pl = # 963; / R. iar dacă curbura suprafeței de cădere la punctul A este mai mare decât la punctul B, atunci diferența de presiune Laplacian poate echilibra presiunea hidrostatică a lichidului:


Este semnificativă diferența dintre RA și RB? Pentru picăturile mici cu o rază de ordinul 1 μm (10-6 m), valoarea pgh≈2 * 10-2 Pa. și cantitatea # 916; Pl = # 963; / R ≈1,6 * 10 5 Pa. În acest caz, presiunea hidrostatică este atât de mică, în comparație cu cea Laplaciană, încât ele pot fi neglijate cu totul. O astfel de picătură poate fi considerată un standard de sfericitate.

Un alt lucru pentru o picătură de diametru, să zicem, 4 mm. Pentru aceasta, presiunea hidrostatică este pgh≈40 Pa. și Laplacian # 916; P = 78 Pa. Aceste cantități sunt de aceeași ordine, iar încălcările sferice pentru o asemenea scădere sunt mai semnificative. Presupunând că RB = RA + # 948; R și RA + RB = h = 4 mm. noi găsim asta # 948; R # 8764; h (√ ((# 916; P / # 961; gh) 2 + 1) - # 916; Pl / # 961; gh) ≈ ​​1 mm. Diferența în razele de curbură la punctele A și B în acest caz este deja de ordinul mărimii picăturii în sine.

Calculul nostru arată pentru care picături se poate aștepta o încălcare a sfericității, dar forma căderii care se încadrează este obținută prin inversarea observabilă în experiment (în fotografie picăturile sunt aplatizate de jos). Ce sa întâmplat? Și în acest caz, considerăm că presiunea aerului deasupra picăturii și sub ea este la fel. Cu o mișcare lentă a picăturii, o face. Dar dacă picătura se mișcă în aer cu o viteză suficient de mare, atunci aerul nu are timp să curgă liniștit în jurul picăturii: în fața acestuia se creează o zonă de presiune mărită, iar în spatele ei, o zonă redusă (acolo se formează vârtejuri). Diferența de presiune a aerului poate fi mai mare decât presiunea hidrostatică, iar presiunea Laplacian ar trebui să compenseze această diferență. În acest caz, presiunea # 963; / RA - # 963; / RB devine negativ și, prin urmare, raza RA va fi mai mare decât RB. Acest lucru este evidențiat de fotografii.

Ați văzut vreodată o picătură foarte mare? În condiții normale, nu există astfel de picături. Și nu este accidental - picături de diametru mare sunt instabile și rupte în mici. Siguranța formei picăturilor pe suprafața necondiționată asigură tensiunea superficială. Cu toate acestea, atunci când presiunea hidrostatică devine mai mare decât presiunea Laplacian, picatura se întinde și se sfărâmă în cele mai mici. Dimensiunea maximă posibilă a unei scăderi este estimată prin inegalitate # 961; gh≥ # 963; / R # 929; unde h

2R. Prin urmare, obținem


Pentru apă, de exemplu, Rpred ≈ 0,3 cm (desigur, aceasta este doar o estimare ordinară a dimensiunii maxime a picăturii). De aceea nu veți vedea pe frunzele de copaci și alte suprafețe care nu sunt umezite de apă, picături prea mari.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: