Опыт, страница 355 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

Проведите опыт с лезвием бритвы, описанный в тексте параграфа.

Опыт с лезвием бритвы, плавающим на поверхности воды, наглядно демонстрирует физическое явление поверхностного натяжения. Для его проведения потребуется неглубокая емкость с водой (например, тарелка или блюдце), лезвие от безопасной бритвы и, для удобства, вилка или тонкий кусочек бумаги.

Сначала нужно налить воду в емкость и дождаться, чтобы ее поверхность стала совершенно спокойной. Затем необходимо очень аккуратно опустить лезвие на поверхность воды. Поскольку сталь, из которой сделано лезвие, имеет плотность (около $7850 \, \text{кг/м}^3$) намного большую, чем плотность воды ($1000 \, \text{кг/м}^3$), лезвие утонет, если просто бросить его в воду. Чтобы оно осталось на поверхности, его нужно уложить плашмя, не повредив поверхностный слой воды.

Проще всего это сделать с помощью вилки. Лезвие кладется на зубцы вилки, после чего вилку медленно погружают в воду. Как только лезвие коснется поверхности воды, вилку опускают чуть глубже и аккуратно выводят из-под лезвия. Лезвие останется "лежать" на воде. Другой способ — положить лезвие на кусочек папиросной бумаги, а затем поместить бумагу на воду; через некоторое время бумага намокнет и утонет, а лезвие останется на поверхности.

При внимательном рассмотрении можно увидеть, что поверхность воды под лезвием немного прогнулась, словно эластичная пленка. Именно эта невидимая "пленка" и удерживает лезвие. Она образуется из-за того, что молекулы воды на поверхности притягиваются друг к другу и к молекулам, находящимся глубже, сильнее, чем к молекулам воздуха над поверхностью. Это создает избыточную поверхностную энергию и силы поверхностного натяжения.

Силы поверхностного натяжения действуют вдоль всей линии соприкосновения лезвия с водой и направлены так, что их вертикальная составляющая компенсирует силу тяжести, действующую на лезвие. Пока вес лезвия не превышает максимальную удерживающую силу поверхностного натяжения, оно будет плавать.

Эффект можно легко нарушить. Если добавить в воду каплю жидкого мыла или средства для мытья посуды, поверхностное натяжение воды резко снизится. "Пленка" ослабнет и больше не сможет удерживать вес лезвия, в результате чего оно сразу же утонет. Это демонстрирует, как поверхностно-активные вещества (ПАВ) влияют на свойства жидкостей.

Ответ: Опыт состоит в аккуратном размещении лезвия бритвы на поверхности воды, в результате чего оно плавает, несмотря на большую плотность материала. Это объясняется действием сил поверхностного натяжения, которые создают на поверхности воды подобие упругой пленки. Эта пленка прогибается под весом лезвия и удерживает его, уравновешивая силу тяжести. Эксперимент наглядно демонстрирует существование и действие сил поверхностного натяжения жидкостей.