Номер 18, страница 26, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава I. Строение вещества. Параграф 2. Состояния вещества - номер 18, страница 26.

Условие.

18. Космонавты обнаружили, что в условиях невесомости даже большой объём жидкости принимает шарообразную форму. Попробуйте объяснить это явление.

Решение.

Это явление объясняется действием сил поверхностного натяжения и стремлением любой физической системы к состоянию с минимальной потенциальной энергией.

Молекулы, находящиеся внутри жидкости, со всех сторон окружены другими такими же молекулами, и силы притяжения между ними в среднем скомпенсированы. Однако молекулы на поверхности жидкости притягиваются молекулами изнутри, но почти не испытывают притяжения со стороны молекул газа или вакуума снаружи. В результате на поверхностные молекулы действует результирующая сила, направленная вглубь жидкости. Эта сила заставляет поверхность жидкости сокращаться, подобно растянутой упругой пленке. Это явление называется поверхностным натяжением.

Система стремится занять состояние с наименьшей возможной потенциальной энергией. Для жидкости это соответствует состоянию с минимальной площадью поверхности, так как для создания поверхности требуется совершить работу против сил межмолекулярного притяжения. Математически доказано, что для заданного объёма наименьшую площадь поверхности имеет шар. Площадь поверхности шара $\text{S}$ и его объем $\text{V}$ связаны соотношениями $S = 4\pi R^2$ и $V = \frac{4}{3}\pi R^3$, где $\text{R}$ — радиус шара.

На Земле для больших объемов жидкости сила тяжести значительно превосходит силы поверхностного натяжения. Гравитация заставляет жидкость растекаться и принимать форму сосуда или становиться плоской на горизонтальной поверхности. В условиях невесомости, например на борту космической станции, влияние силы тяжести пренебрежимо мало. В этом случае силы поверхностного натяжения становятся доминирующими и формируют объём жидкости, придавая ему форму с минимальной поверхностной энергией, то есть форму шара.

Ответ: В условиях невесомости, где сила тяжести практически отсутствует, доминирующими становятся силы поверхностного натяжения. Эти силы стремятся минимизировать поверхностную энергию жидкости, придавая ей форму с наименьшей площадью поверхности при заданном объеме, которой является шар.