Номер 4.24, страница 13 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 4. Взаимодействие молекул. Смачивание и капиллярность. Глава 1. Начальные сведения о физических понятиях - номер 4.24, страница 13.

4.24° [н] Наполните водой широкую неглубокую ёмкость и поместите на поверхность воды каплю какого-либо масла, например растительного. Почему границы масляного пятна чёткие?

Решение

Чёткость границ масляного пятна на поверхности воды объясняется фундаментальными различиями в свойствах этих двух жидкостей, в частности, силами межмолекулярного взаимодействия и поверхностным натяжением.

Молекулы воды являются полярными, и между ними действуют сильные водородные связи. Эти силы сцепления (когезии) обуславливают высокое поверхностное натяжение воды ($ \sigma_{вода} $). Поверхностное натяжение можно представить как стремление поверхности жидкости сократиться до минимально возможной площади.

Молекулы масла, напротив, являются неполярными. Силы сцепления между ними (силы Ван-дер-Ваальса) значительно слабее, чем водородные связи в воде. Соответственно, поверхностное натяжение масла ($ \sigma_{масло} $) намного ниже, чем у воды. Кроме того, силы притяжения между молекулами воды и масла (силы адгезии) также слабы, поскольку полярные и неполярные молекулы плохо взаимодействуют друг с другом (масло и вода не смешиваются).

Когда масло оказывается на воде, на границе контакта трёх сред (вода, масло, воздух) возникает сложное взаимодействие сил. Вода, обладая значительно большим поверхностным натяжением ($ \sigma_{вода} > \sigma_{масло} $), стремится сократить свою свободную поверхность. На границе с масляным пятном молекулы воды испытывают сильное притяжение со стороны других молекул воды и лишь слабое — со стороны молекул масла. В результате возникает результирующая сила, направленная вдоль поверхности воды от пятна. Эта сила как бы "отгораживает" область, занятую маслом, создавая резкий, чётко видимый край. Масло не может "размыть" эту границу, потому что силы со стороны воды не позволяют его молекулам хаотично распределяться по поверхности.

Таким образом, чёткая граница — это результат противоборства двух поверхностных натяжений, где более сильное натяжение воды формирует чёткий контур вокруг области с более слабым натяжением масла.

Ответ: Границы масляного пятна на воде являются чёткими из-за существенной разницы в поверхностном натяжении воды и масла. Высокое поверхностное натяжение воды, обусловленное сильными силами сцепления между её молекулами, создаёт своего рода "упругую плёнку", которая сдерживает растекающееся масло и формирует резкую границу между двумя жидкостями.