Номер 1, страница 137, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

Наблюдайте

Наблюдайтеза формой выдуваемого мыльного пузыря. Есливначале она имеет вытянутую форму, то постепенно принимает правильную шарообразную форму. Почему?

Это явление объясняется действием сил поверхностного натяжения. Поверхность любой жидкости стремится сократить свою площадь до минимума при заданном объеме. Это происходит потому, что молекулы на поверхности жидкости (в данном случае мыльной пленки) испытывают силы притяжения со стороны соседних молекул, направленные внутрь жидкости. Эти силы создают эффект упругой пленки, которая постоянно пытается сжаться.

В момент выдувания на пузырь действуют внешние силы: поток воздуха, форма трубки или рамки. Эти силы придают ему неправильную, вытянутую форму. Как только пузырь отрывается и оказывается в свободном полете, преобладающими силами, определяющими его форму, становятся силы поверхностного натяжения.

Стремясь к состоянию с минимальной потенциальной энергией, поверхность мыльной пленки сокращается, насколько это возможно. Из всех геометрических тел, имеющих одинаковый объем, наименьшую площадь поверхности имеет шар. Поэтому силы поверхностного натяжения придают мыльному пузырю идеальную сферическую форму, так как эта форма энергетически наиболее выгодна.

Давление воздуха внутри пузыря немного выше атмосферного. Это избыточное давление, называемое давлением Лапласа, создается силами поверхностного натяжения. Для сферического пузыря с двумя поверхностями (внешней и внутренней) оно определяется формулой: $p_{изб} = p_{внутр} - p_{внешн} = \frac{4\sigma}{R}$, где $\sigma$ — коэффициент поверхностного натяжения жидкости, а $\text{R}$ — радиус пузыря. Именно сферическая форма обеспечивает равновесие между внутренним давлением воздуха, стремящимся расширить пузырь, и силами поверхностного натяжения, стремящимися его сжать.

Ответ: Мыльный пузырь принимает шарообразную форму, потому что силы поверхностного натяжения мыльной пленки стремятся минимизировать ее площадь. При заданном объеме воздуха внутри именно сфера обладает наименьшей площадью поверхности по сравнению с любой другой фигурой.