Эксперимент, страница 123 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Эксперимент

Проведите опыт с проволочным кольцом и нитью (рис. 132). Опустите кольцо в мыльный раствор. Нарушив целостность пленки в различных ее частях, наблюдайте за результатом.

Рис. 132. Наблюдение действия силы поверхностного натяжения

Данный эксперимент наглядно демонстрирует явление поверхностного натяжения жидкости. В начальном состоянии, когда проволочное кольцо с нитью опускают в мыльный раствор, образуется мыльная пленка, затягивающая всю площадь кольца. Нить свободно лежит на поверхности пленки в произвольной форме (рис. 132, в), так как силы поверхностного натяжения, действующие на нить со стороны внутренней и внешней частей пленки, уравновешивают друг друга.

Эксперимент предполагает нарушение целостности пленки в разных ее частях. Рассмотрим два возможных случая.

Если проткнуть мыльную пленку внутри петли, образованной нитью, то исчезнут силы поверхностного натяжения, действовавшие на нить изнутри. Останутся только силы, действующие со стороны внешней части пленки. Эти силы, обозначенные на рисунке 132, г как $F_n$, являются силами поверхностного натяжения. Они направлены перпендикулярно нити, касательно к поверхности пленки и наружу от центра петли.

Поверхность жидкости всегда стремится сократиться до минимально возможной площади из-за действия сил поверхностного натяжения. В данном случае мыльная пленка, оставшаяся снаружи петли, будет стремиться минимизировать свою площадь. При фиксированной внешней границе (проволочное кольцо) это эквивалентно максимизации площади "дырки", ограниченной нитью. Из всех замкнутых кривых с заданной длиной (периметром) наибольшую площадь ограничивает окружность. Поэтому внешняя пленка равномерно растягивает нитяную петлю, придавая ей форму идеальной окружности.

Ответ: Если нарушить целостность пленки внутри нитяной петли, то оставшаяся снаружи пленка натянет нить, придав ей форму идеальной окружности.

Если же, наоборот, проткнуть пленку снаружи нитяной петли, то исчезнут силы поверхностного натяжения, которые тянули нить наружу. Останется только пленка внутри петли, и силы поверхностного натяжения этой пленки будут действовать на нить, стягивая ее к центру.

Стремясь сократить свою поверхность до минимума, внутренняя пленка будет стягивать нитяную петлю. В результате петля быстро сожмется и схлопнется, так как пленка внутри нее будет стремиться занять наименьшую возможную площадь.

Ответ: Если нарушить целостность пленки снаружи нитяной петли, то пленка внутри петли сожмется, стягивая за собой нить, в результате чего петля схлопнется.