Номер 1, страница 163 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

1. Использование явления капиллярности растениями.

1. Использование явления капиллярности растениями.

Решение

Явление капиллярности играет ключевую роль в жизнедеятельности растений, обеспечивая транспорт воды и растворенных в ней минеральных веществ от корней к листьям. Этот процесс, известный как восходящий ток, необходим для фотосинтеза, поддержания тургора клеток и терморегуляции. Механизм этого подъема объясняется совокупностью нескольких физических явлений, где капиллярность является основополагающей.

Основу транспортной системы растений составляют проводящие ткани, в частности, ксилема. Ксилема состоит из множества тончайших полых трубок — сосудов и трахеид, которые по своей сути являются капиллярами. Диаметр этих капилляров варьируется от 20 до 200 микрометров, что создает идеальные условия для проявления капиллярных эффектов.

Подъем воды по капиллярам ксилемы обусловлен тремя основными факторами, которые в совокупности описываются теорией когезии-натяжения (или теорией транспирационного тока):

1. Транспирация: Это процесс испарения воды с поверхности листьев через мельчайшие поры — устьица. Испарение создает отрицательное давление, или "натяжение", в водных столбах ксилемы. Это натяжение действует как "всасывающая" сила, которая тянет воду вверх от корней.

2. Когезия: Молекулы воды обладают способностью сильно сцепляться друг с другом благодаря водородным связям. Это свойство называется когезией. Силы когезии обеспечивают целостность водных столбов внутри капилляров ксилемы, не давая им разрываться под действием натяжения. Таким образом, вода движется как единая непрерывная нить.

3. Адгезия: Молекулы воды также прилипают к стенкам капилляров ксилемы. Стенки сосудов состоят из целлюлозы и лигнина, которые являются гидрофильными (хорошо смачиваются водой). Это сцепление, называемое адгезией, помогает удерживать водяной столб и противодействовать силе тяжести.

Совместное действие адгезии (сцепления воды со стенками) и когезии (сцепления молекул воды между собой) в тонких трубках и есть проявление капиллярности. Хотя простой капиллярный подъем, описываемый законом Жюрена ($h = \frac{2\sigma \cos\theta}{\rho g r}$), может поднять воду лишь на ограниченную высоту (обычно не более метра), что недостаточно для высоких деревьев, именно эти силы делают возможной работу транспирационного "насоса". Капиллярные эффекты поддерживают непрерывность водных столбов, позволяя натяжению, созданному транспирацией на листьях, передаваться по всей длине растения до самых корней.

Таким образом, капиллярность в растениях — это не просто пассивный подъем жидкости по трубке, а фундаментальное свойство, которое в сочетании с транспирацией создает мощный и эффективный механизм для дальнего транспорта воды, позволяя растениям, включая гигантские деревья высотой более 100 метров, доставлять влагу к самым верхним листьям.

Ответ: Растения используют явление капиллярности для транспорта воды и минеральных солей от корней к листьям по проводящей ткани — ксилеме, которая представляет собой систему тончайших капиллярных сосудов. Подъем воды обеспечивается за счет совместного действия трех факторов: 1) "всасывающей" силы (натяжения), создаваемой испарением воды листьями (транспирацией); 2) сил сцепления молекул воды друг с другом (когезия), обеспечивающих целостность водяного столба; 3) сил сцепления воды со стенками капилляров (адгезия), которые помогают противодействовать силе тяжести. Капиллярность (совокупность когезии и адгезии в узких трубках) является физической основой, позволяющей транспирационному току эффективно работать и поднимать воду на большую высоту.