Номер 2, страница 158 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

2. Возьмите стакан с водой и аккуратно поместите на поверхность жидкости (параллельно поверхности) несколько булавок. Капните на булавку, находящуюся на поверхности жидкости, немного мыльного раствора или спирта. Объясните наблюдаемое явление.

2. Наблюдаемое явление объясняется физическим свойством жидкостей, называемым поверхностным натяжением, и его изменением под действием определённых веществ.

Этап 1: Булавки на поверхности воды.

Когда булавки аккуратно кладут на поверхность воды, они не тонут, хотя их плотность значительно больше плотности воды. Это возможно благодаря силе поверхностного натяжения. Молекулы воды на поверхности притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам воздуха над ними. Это создает эффект упругой "пленки" на поверхности жидкости. Вес булавки заставляет поверхность воды прогибаться, и возникает вертикальная составляющая силы поверхностного натяжения, направленная вверх. Пока вес булавки не превышает эту силу, она будет оставаться на поверхности.

Этап 2: Добавление мыльного раствора или спирта.

Мыльный раствор и спирт являются поверхностно-активными веществами (ПАВ). Когда капля такого вещества попадает на воду, его молекулы быстро распространяются по поверхности. Молекулы ПАВ вклиниваются между молекулами воды и ослабляют силы взаимного притяжения между ними. Это приводит к резкому локальному снижению коэффициента поверхностного натяжения ($σ$).

Результат и объяснение.

Как только поверхностное натяжение уменьшается, "пленка" ослабевает и больше не может выдерживать вес булавки. Сила тяжести, действующая на булавку, становится больше, чем сумма ослабленной силы поверхностного натяжения и выталкивающей силы Архимеда (которая для такого тонкого предмета очень мала). В результате булавка прорывает поверхность и тонет.

Таким образом, этот опыт наглядно демонстрирует существование поверхностного натяжения и то, как оно может быть уменьшено с помощью поверхностно-активных веществ.

Ответ: Изначально булавка удерживается на воде благодаря силе поверхностного натяжения, которая создает на поверхности воды подобие упругой пленки. Мыльный раствор или спирт являются поверхностно-активными веществами, которые при попадании в воду резко снижают её поверхностное натяжение. В результате ослабленная "пленка" больше не может удерживать вес булавки, и она тонет под действием силы тяжести.