Номер 6, страница 442 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Задания к главе 9 «Агрегатные состояния вещества. Фазовые переходы». Задания по проектной и исследовательской деятельности. Глава 10. Электростатика. Электродинамика - номер 6, страница 442.

Условие.

6. Подготовьте реферат о роли явлений смачивания и несмачивания, капиллярных явлений в природе.

Решение.

Явления смачивания, несмачивания и капиллярности, основанные на силах межмолекулярного взаимодействия и поверхностном натяжении жидкости, играют фундаментальную роль во множестве процессов, происходящих в живой и неживой природе.

Роль явлений смачивания и несмачивания

Смачивание – это явление, при котором жидкость растекается по поверхности твердого тела, а несмачивание – обратное явление, когда жидкость стремится собраться в каплю. Эти процессы определяются соотношением сил притяжения между молекулами самой жидкости (когезия) и сил притяжения между молекулами жидкости и поверхностью твердого тела (адгезия).

Если силы адгезии преобладают над силами когезии, жидкость смачивает поверхность. Краевой угол смачивания $ \theta $ в этом случае является острым ($ \theta < 90^\circ $). Если же силы когезии больше сил адгезии, наблюдается несмачивание, и краевой угол становится тупым ($ \theta > 90^\circ $).

Примеры в природе:
1. Смачивание: Дождевая вода смачивает почву, что позволяет влаге проникать вглубь и питать корни растений. Роса, покрывающая утром листья и траву, также является примером смачивания. Способность воды смачивать поверхности важна для процессов питания и дыхания многих живых организмов.
2. Несмачивание: Ярчайшим примером служит «эффект лотоса». Листья этого и многих других растений (например, капусты) покрыты микроскопическими восковыми структурами, которые придают им сверхгидрофобные свойства. Капли воды не растекаются по листу, а скатываются с него, захватывая частицы пыли и грязи, что обеспечивает самоочищение поверхности. Похожий механизм защищает перья водоплавающих птиц: они покрыты жировой смазкой, отталкивающей воду, что позволяет им оставаться сухими и сохранять тепло. Некоторые насекомые, например, водомерки, используют несмачиваемость своих лапок в сочетании с высоким поверхностным натяжением воды, чтобы скользить по её поверхности, не утопая.
Ответ: Явления смачивания и несмачивания определяют характер взаимодействия водных сред с живыми организмами и неживыми объектами, обеспечивая такие жизненно важные функции, как питание растений, самоочищение поверхностей и терморегуляция животных.

Роль капиллярных явлений

Капиллярные явления (или капиллярность) – это подъем или опускание уровня жидкости в узких трубках (капиллярах), пористых телах и тонких зазорах. Это явление напрямую вытекает из явлений смачивания/несмачивания и поверхностного натяжения. В случае смачивания жидкость поднимается по капилляру выше уровня в широком сосуде, образуя вогнутый мениск. В случае несмачивания, наоборот, опускается, образуя выпуклый мениск.

Высота подъема (или глубина опускания) жидкости $ h $ в капилляре радиусом $ r $ описывается формулой Жюрена:
$ h = \frac{2\sigma\cos\theta}{\rho g r} $
где $ \sigma $ – коэффициент поверхностного натяжения жидкости, $ \theta $ – краевой угол смачивания, $ \rho $ – плотность жидкости, $ g $ – ускорение свободного падения. Из формулы следует, что капиллярный эффект тем значительнее, чем меньше радиус капилляра.

Примеры в природе:
1. Водный транспорт у растений: Подъем воды и растворенных в ней минеральных веществ от корней к листьям по сосудам ксилемы является ключевым примером капиллярности в биосфере. Ксилема представляет собой разветвленную сеть тончайших трубок-капилляров, по которым влага может транспортироваться на высоту до десятков метров.
2. Движение влаги в почве: Почва является пористой средой, пронизанной бесчисленными мелкими каналами. Благодаря капиллярному эффекту грунтовые воды могут подниматься из глубоких слоев к поверхности, обеспечивая влагой корневую систему растений даже в отсутствие осадков.
3. Физиология животных: Движение биологических жидкостей, например, крови в мельчайших кровеносных сосудах-капиллярах или тканевой жидкости, в организмах животных также подчиняется законам капиллярности.
4. Неживая природа: Капиллярные явления обуславливают просачивание влаги сквозь пористые строительные материалы (кирпич, бетон), подъем нефти по пористым породам в земной коре.
Ответ: Капиллярные явления обеспечивают важнейшие транспортные процессы в живой и неживой природе, такие как питание растений, распределение влаги в почве и циркуляцию биологических жидкостей в организмах.