ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 75.1: Свойства жидкости. Поверхностное натяжение

План решения:

Для объяснения физического смысла коэффициента поверхностного натяжения (σ) необходимо обратиться к определению работы, совершаемой при увеличении площади поверхности жидкости. Мы рассмотрим связь между энергией и геометрическими параметрами границы раздела фаз.

Вычисление и обоснование:

Коэффициент поверхностного натяжения численно равен работе, которую нужно совершить внешним силам для увеличения площади свободной поверхности жидкости на единицу площади при постоянной температуре. Математически это выражается формулой:

где A — работа по растяжению поверхности, а ΔS — изменение площади поверхности. Из этой формулы следует, что если мы возьмём участок поверхности площадью 1 м², то коэффициент σ покажет, сколько джоулей энергии потребуется «вложить» в создание такой новой поверхности. Также можно рассмотреть силу поверхностного натяжения, действующую на единицу длины контура: F=σl. В этом случае физический смысл раскрывается как сила, направленная по касательной к поверхности и перпендикулярная к границе раздела, которая стремится сократить площадь поверхности.

Проверка и вывод:

Проверим размерность величины. Работа измеряется в джоулях (Дж), а площадь — в квадратных метрах (м²). Следовательно, единица измерения коэффициента поверхностного натяжения — Дж/м². Поскольку 1 Дж =1 Н · м, то Дж/м²=(Н · м)/ м²=Н/м. Это подтверждает эквивалентность двух трактовок: энергетической (удельная поверхностная энергия) и силовой (сила на единицу длины).