Reklama

Поверхностный слой жидкости

Выясним, чем отличаются действия молекулярных сил внутри жидкости и на ее поверхности.

Среднее значение равнодействующей молекулярных сил притя­жения, приложенных к молекуле М1 которая находится внутри жидкости (рис. 10.1), близко к нулю. Случайные флуктуации этой равнодействующей заставляют молекулу М1 совершать лишь хао­тическое движение внутри жидкости. Несколько иначе обстоит дело с молекулами М2 и М3, находящимися в поверхностном слое жидкости.

IMG_20140519_0002_cr

Опишем вокруг молекул сферы молекулярного действия радиу­сом rм (порядка 10-9 м). Тогда для молекулы M2 в нижней полусфе­ре окажется много молекул, а в верхней — значительно меньше, так как снизу находится жидкость, а сверху — пар и воздух. Поэтому для молекулы М2 равнодействующая молекулярных сил притяже­ния в нижней полусфере Rж много больше равнодействующей моле­кулярных сил в верхней полусфере Rп. Отметим, что сила Rп так мала, что ею можно пренебречь. Равнодействующая молекулярных сил притяжения, приложенных к молекуле М3, меньше, чем для молекулы М2, так как определяется только действием молекул в зачерненной области. Существенно, что равнодействующие для молекул М2 и М3 направлены внутрь жидкости перпендикулярно к ее поверхности.

Таким образом, все молекулы жидкости, находящиеся в поверх­ностном слое толщиной, равной радиусу молекулярного действия (рис. 10.1), втягиваются внутрь жидкости. Но пространство внутри жидкости занято другими молекулами, поэтому поверхностный слой создает давление на жидкость, которое называют молекуляр­ным давлением.

Если внутрь жидкости попадает какое-либо тело, то между жид­костью и телом образуется слой жидкости, в котором молекулярные силы направлены от тела внутрь жидкости, т. е. сжимают жидкость, а на тело не действуют. Отсюда следует, что определить величину молекулярного давления опытным путем нельзя, так как оно не действует на тела, погруженные в жидкость. Теоретические расчеты показали, что молекулярное давление очень велико. Например, для воды оно порядка 11*108 Па, а для эфира 1,4*108 Па.

Теперь становится понятным, почему с помощью внешнего дав­ления трудно заметно сжать жидкость. Действительно, для этого нужно создать давление того же порядка, что и молекулярное дав­ление самой жидкости. Поскольку последнее очень велико, это сде­лать трудно. Следовательно, при не слишком высоких давлениях практически жидкость можно считать несжимаемой.

Reklama