Номер 1, страница 251 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 75. Свойства жидкости. Поверхностное натяжение. Глава 12. Жидкости и твердые тела - номер 1, страница 251.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Коэффициент поверхностного натяжения (обозначается буквой $σ$ — сигма) — это физическая величина, которая характеризует свойства поверхностного слоя жидкости. Физический смысл этого коэффициента можно определить двумя эквивалентными способами: через силу и через энергию.

Силовое определение

Поверхность жидкости ведёт себя как упругая, натянутая плёнка, которая стремится сократить свою площадь. Силы, вызывающие это сокращение, называются силами поверхностного натяжения. Они действуют вдоль поверхности жидкости перпендикулярно линии, которая ограничивает эту поверхность. Коэффициент поверхностного натяжения $σ$ определяется как отношение модуля силы поверхностного натяжения $F$ к длине $L$ контура, на который эта сила действует: $$σ = \frac{F}{L}$$ Согласно этому определению, физический смысл коэффициента поверхностного натяжения заключается в том, что он численно равен силе поверхностного натяжения, действующей на единицу длины контура, ограничивающего поверхность. В системе СИ он измеряется в ньютонах на метр (Н/м).

Энергетическое определение

Молекулы на поверхности жидкости обладают избыточной потенциальной энергией по сравнению с молекулами внутри объёма. Эта избыточная энергия называется поверхностной энергией. Для того чтобы увеличить площадь поверхности жидкости, нужно совершить работу против сил межмолекулярного притяжения, перемещая молекулы из объёма на поверхность. Коэффициент поверхностного натяжения $σ$ можно определить как работу $A$, которую необходимо совершить для увеличения площади $ΔS$ свободной поверхности жидкости на единицу при постоянной температуре: $$σ = \frac{A}{ΔS}$$ Таким образом, с энергетической точки зрения, физический смысл коэффициента поверхностного натяжения заключается в том, что он численно равен удельной поверхностной энергии, то есть энергии, приходящейся на единицу площади поверхности. В системе СИ он измеряется в джоулях на квадратный метр (Дж/м²).

Обе единицы измерения эквивалентны: $1 \text{ Дж/м}^2 = 1 \frac{\text{Н} \cdot \text{м}}{\text{м}^2} = 1 \text{ Н/м}$.

Ответ: Физический смысл коэффициента поверхностного натяжения заключается в том, что он численно равен:

1) силе поверхностного натяжения, действующей на единицу длины контура, ограничивающего поверхность жидкости;

2) удельной поверхностной энергии, то есть работе, необходимой для создания единицы площади новой поверхности при изотермическом процессе.