Номер 4.7, страница 12 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 4. Взаимодействие молекул. Смачивание и капиллярность. Глава 1. Начальные сведения о физических понятиях - номер 4.7, страница 12.

4.7 [76] Плоскопараллельные концевые меры длины (плитки Иогансона)

отполированы так, что при контакте они прилипают друг к другу и взаимно удерживаются (рис. I-17). Объясните причину этого явления.

Рис. I-17

Явление «прилипания» или, как его правильно называют, «притирки» плоскопараллельных концевых мер длины (плиток Иогансона) объясняется совокупным действием нескольких физических эффектов. Основной причиной являются силы межмолекулярного взаимодействия.

Межмолекулярные силы притяжения

Поверхности плиток Иогансона отполированы с чрезвычайно высокой точностью и чистотой, их отклонение от идеальной плоскости составляет всего несколько десятков нанометров. Когда две такие идеально гладкие и чистые поверхности приводятся в контакт, расстояние между атомами на поверхностях двух разных плиток становится очень малым (порядка нескольких ангстрем или нанометров). На таких микроскопических расстояниях силы межмолекулярного притяжения, известные как силы Ван-дер-Ваальса, становятся очень значительными. Хотя для отдельных пар атомов эти силы слабы, их суммарное действие по всей большой площади контакта создает существенную силу, удерживающую плитки вместе. Для обычных, шероховатых на микроуровне, предметов реальная площадь контакта очень мала, поэтому этот эффект не наблюдается.

Силы поверхностного натяжения

На поверхностях плиток практически всегда присутствует тончайшая пленка жидкости. Это может быть специальная смазка, которой их покрывают для хранения, или просто сконденсировавшийся из воздуха водяной пар. Когда плитки сдвигают вместе, эта жидкость заполняет микроскопический зазор между ними. Силы поверхностного натяжения этой жидкости действуют подобно клею, создавая дополнительную стягивающую силу.

Атмосферное давление

При соединении плиток скользящим движением из зазора между ними эффективно удаляется воздух. В результате на внешние поверхности плиток действует полное атмосферное давление (около 101 кПа или 1 кгс/см²), а на внутренние, обращенные друг к другу, давление практически отсутствует. Возникающая разница давлений создает значительную силу, прижимающую плитки друг к другу.

Главной причиной все же считаются межмолекулярные силы, так как эксперименты показывают, что плитки слипаются и в вакууме, где роль атмосферного давления и конденсата влаги исключена.

Ответ: Основной причиной прилипания плиток Иогансона являются силы межмолекулярного притяжения (силы Ван-дер-Ваальса), возникающие из-за чрезвычайно малого зазора между их идеально отполированными поверхностями. Дополнительный вклад вносят силы поверхностного натяжения тонкой пленки жидкости между плитками и сила атмосферного давления.