Какую форму принимает жидкость в условиях невесомости

Смачивание

В случае соприкосновения с твердым телом силы сцепления молекул жидкости с молекулами твердого тела начинают играть существенную роль. Поведение жидкости будет зависеть от того, что больше: сцепление между молекулами жидкости или сцепление молекул жидкости с молекулами твердого тела.

Смачивание — явление, возникающее вследствие взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердых тел. Если силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела больше сил притяжения между молекулами жидкости, то жидкость называют смачивающей; если силы притяжения жидкости и твердого тела меньше сил притяжения между молекулами жидкости, то жидкость называют несмачивающей это тело.

Одна и та же жидкость может быть смачивающей и несмачивающей по отношению к разным телам. Так, вода смачивает стекло и не смачивает жирную поверхность, ртуть не смачивает стекло, а смачивает медь.

Смачивание или несмачивание жидкостью стенок сосуда, в котором она находится, влияет на форму свободной поверхности жидкости в сосуде. Если большое количество жидкости налито в сосуд, то форма ее поверхности определяется силой тяжести, которая обеспечивает плоскую и горизонтальную поверхность. Однако у самых стенок явление смачивания и несмачивания приводят к искривлению поверхности жидкости, так называемые краевые эффекты.

Количественной характеристикой краевых эффектов служит краевой угол θ — угол между плоскостью касательной к поверхности жидкости и поверхностью твердого тела. Внутри краевого угла всегда находится жидкость (рис. 4, а, б). При смачивании он будет острым (рис. 4, а), а при несмачивании – тупым (рис. 4, б). Мы рассматриваем только полное смачивание (θ = 0º) или полное несмачивание (θ = 180º).

Силы, связанные с наличием поверхностного натяжения и направленные по касательной к поверхности жидкости, в случае выпуклой поверхности дают результирующую, направленную внутрь жидкости (рис. 5, а). В случае вогнутой поверхности результирующая сила направлена, наоборот, в сторону газа, граничащего с жидкостью (рис. 5 б)

Рис 5

Если смачивающая жидкость находится на открытой поверхности твердого тела (рис. 6, а), то происходит ее растекание по этой поверхности. Если на открытой поверхности твердого тела находится несмачивающая жидкость, то она принимает форму, близкую к шаровой (рис. 6, б).

Рис 6

Смачивание имеет важное значение как в быту, так и в промышленности. Хорошее смачивание необходимо при крашении, стирке, обработке фотоматериалов, нанесении лакокрасочных покрытий, при склеивании материалов, при пайке, во флотационных процессах (обогащение руд ценной породой)

И наоборот, при сооружении гидроизоляционных устройств необходимы материалы, не смачиваемые водой.

Атомная структура жидкостей и их форма в невесомости

Жидкость — это состояние вещества, при котором его частицы могут свободно перемещаться друг относительно друга. Это происходит благодаря слабым притяжительным силам между частицами. Атомная структура жидкостей состоит из молекул или атомов, которые несвязаны в строго определенной кристаллической решетке, как в твердом состоянии, но также не свободно движутся, как в газообразном состоянии.

Почему жидкости в невесомости приобретают форму шара? В невесомости отсутствует сила тяжести, которая обычно действует на жидкость и влияет на ее форму. В условиях невесомости, межмолекулярные силы, такие как ван-дер-ваальсовы силы или силы электростатического притяжения, становятся определяющими факторами для формы жидкости.

Под воздействием этих сил, молекулы или атомы жидкости стремятся минимизировать свою потенциальную энергию, принимая сферическую форму. Это происходит потому, что при такой форме частицы находятся на равных расстояниях друг от друга, что позволяет им максимально сблизиться и минимизировать свою энергию.

Таким образом, в условиях невесомости взаимодействия между частицами жидкости приводят к образованию сферической формы, которая является наиболее энергетически выгодной. Это объясняет, почему жидкости приобретают форму шара в невесомости.

Влияние межатомных взаимодействий на форму жидкости

В невесомости жидкости приобретают форму шара из-за влияния межатомных взаимодействий. Почему это происходит?

Одной из основных причин является силовое взаимодействие между молекулами или атомами жидкости. В обычных условиях, под воздействием силы тяжести, жидкость уравновешивается и принимает форму своего сосуда. Однако, в условиях невесомости, отсутствует сила тяжести и молекулы жидкости не испытывают векторного направления вниз. Это приводит к тому, что взаимодействие между молекулами становится более равномерным и распределяется по всей жидкости.

Такое равномерное межмолекулярное взаимодействие приводит к тому, что жидкость приобретает сферическую форму, так как теперь все силы действуют равномерно во всех направлениях. Молекулы в невесомости не оказывают никакого влияния друг на друга, поэтому они стремятся занять максимально равномерное положение и распределиться равномерно по всему объему жидкости.

Значительное влияние на форму жидкости в невесомости оказывают также силы поверхностного натяжения. В нормальных условиях, эти силы вытягивают жидкость вверх и позволяют ей принимать форму капли или струи. Однако, в невесомости, силы поверхностного натяжения распределяются равномерно по всей поверхности жидкости, что дополнительно способствует формированию шарообразной формы.

Таким образом, влияние межатомных взаимодействий на форму жидкости в невесомости обуславливает появление шарообразной структуры. Недостаток векторного направления силы тяжести и равномерное распределение сил между молекулами позволяют жидкости принимать такую форму.

Равновесие между капиллярными и гравитационными силами в невесомости

Жидкости, находящиеся в невесомости, приобретают форму шара из-за равновесия между капиллярными и гравитационными силами. Почему это происходит?

В невесомости гравитационная сила отсутствует или значительно ослаблена, поэтому она не может формировать столб жидкости, как это происходит на Земле. Вместо этого капиллярные силы становятся основным фактором в формировании формы жидкости.

Капиллярные силы возникают из-за поверхностного натяжения жидкости. Молекулы на поверхности жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем молекулы внутри жидкости. В результате этого поверхность жидкости стремится сократить свою площадь и принимает форму, которая имеет минимальную поверхность.

В невесомости, где гравитационная сила отсутствует или слабее, капиллярные силы оказываются достаточными, чтобы сформировать шаровую форму жидкости. Это объясняется тем, что шар имеет минимальную поверхность из всех возможных форм, что соответствует принципу минимальной энергии системы.

Таким образом, в невесомости капиллярные силы преобладают над гравитационными силами, и жидкости приобретают форму шара. Это явление имеет практическое применение, так как позволяет управлять поведением жидкостей в условиях невесомости и использовать их, например, при создании систем микроанализа и микрокапсул.

Поверхностное натяжение

Сам термин «поверхностное натяжение» подразумевает, что вещество у поверхности находится в «натянутом», то есть напряжённом состоянии, которое объясняется действием силы, называемой внутренним давлением. Она стягивает молекулы внутрь жидкости в направлении, перпендикулярном её поверхности. Так, молекулы, находящиеся во внутренних слоях вещества, испытывают в среднем одинаковое по всем направлениям притяжение со стороны окружающих молекул; молекулы же поверхностного слоя подвергаются неодинаковому притяжению со стороны внутренних слоёв веществ и со стороны, граничащей с поверхностным слоем среды. Например, на поверхности раздела жидкость – воздух молекулы жидкости, находящиеся в поверхностном слое, сильнее притягиваются со стороны соседних молекул внутренних слоёв жидкости, чем со стороны молекул воздуха. Это и является причиной различия свойств поверхностного слоя жидкости от свойств её внутренних объёмов.

Внутреннее давление обуславливает втягивание молекул, расположенных на поверхности жидкости, внутрь и тем самым стремится уменьшить поверхность до минимальной при данных условиях. Сила, действующая на единицу длины границы раздела, обуславливающая сокращение поверхности жидкости, называется силой поверхностного натяжения или просто поверхностным натяжением σ
.

Поверхностное натяжение различных жидкостей неодинаково, оно зависит от их мольного объёма, полярности молекул, способности молекул к образованию водородной связи между собой и др.

При увеличении температуры поверхностное натяжение уменьшается по линейному закону. На поверхностное натяжение жидкости оказывают влияние и находящиеся в ней примеси. Вещества, ослабляющие поверхностное натяжение, называют поверхностно-активными (ПАВ). По отношению к воде ПАВ являются нефтепродукты, спирты, эфир, мыло и др. жидкие и твёрдые вещества. Некоторые вещества увеличивают поверхностное натяжение. Примеси солей и сахара, например.

Объяснение этому даёт МКТ. Если силы притяжения между молекулами самой жидкости больше сил притяжения между молекулами ПАВ и жидкости, то молекулы жидкости уходят внутрь из поверхностного слоя, а молекулы ПАВ вытесняются на поверхность. Очевидно, что молекулы соли и сахара будут втянуты в жидкость, а молекулы воды вытеснены на поверхность. Таким образом, поверхностное натяжение – основное понятие физики и химии поверхностных явлений – представляет собой одну из наиболее важных характеристик и в практическом отношении. Следует отметить, что всякое серьёзное научное исследование в области физики гетерогенных систем требует измерения поверхностного натяжения. История экспериментальных методов определения поверхностного натяжения, насчитывающая более двух столетий, прошла путь от простых и грубых способов до прецизионных методик, позволяющих находить поверхностное натяжение с точностью до сотых долей процента. Интерес к этой проблеме особенно возрос в последние десятилетия в связи с выходом человека в космос, развитием промышленного строения, где капиллярные силы в различных устройствах часто играют определяющую роль.

Один из таких методов определения поверхностного натяжения основан на поднятии смачивающей жидкости между двумя стеклянными пластинками. Их следует опустить в сосуд с водой и постепенно сближать параллельно друг другу. Вода начнёт подниматься между пластинками – её будет втягивать сила поверхностного натяжения, о которой сказано выше. Легко рассчитать коэффициент поверхностного натяжения σ
можно по высоте подъёма воды у и зазору между пластинками d
.

Сила поверхностного натяжения F
= 2σ
L
, где L
– длина пластинки (двойка появилась из-за того, что вода соприкасается с обеими пластинками). Эта сила удерживает слой воды массы m
= ρ
Ldу
, где ρ
– плотность воды. Таким образом, 2σ
L
= ρ
Ldуg
. Отсюда можно найти коэффициент поверхностного натяжения σ
= 1/2(ρ
gdу
). (1)Но интереснее сделать так: с одного конца сжать пластинки вместе, а с другого оставить небольшой зазор.

Вода поднимется и образует между пластинками удивительно правильную поверхность. Сечение этой поверхности вертикальной плоскостью – гипербола. Для доказательства достаточно в формулу (1) вместо d подставить новое выражение для зазора в данном месте. Из подобия соответствующих треугольников (см. рис. 2) d
= D
(x
/L
). Здесь D
– зазор на конце, L
– по-прежнему длина пластинки, а x
– расстояние от места соприкосновения пластинок до места, где определяется зазор и высота уровня. Таким образом, σ
= 1/2(ρ
gу
)D
(x
/L
), или у
= 2σ
L/ρ
gD(1/х
). (2)Уравнение (2) действительно является уравнением гиперболы.

Значимость открытий о форме воды для науки и технологий

Открытие о том, что вода принимает форму шара в невесомости, имеет огромное значение для науки и технологий. Это открытие открывает новые перспективы и возможности в различных областях науки, включая физику, химию, биологию и астрономию.

Одной из наиболее очевидных областей, где это открытие может быть полезным, является космическое исследование. В условиях невесомости, где гравитационные силы не так сильны, как на Земле, понимание формы воды может быть критическим для разработки эффективных систем очистки, хранения и использования воды на космических станциях и космических кораблях.

Вода также является важным компонентом многих биологических систем, и понимание ее формы и свойств может привести к новым открытиям в молекулярной биологии и медицине. Например, исследования о форме воды могут помочь лучше понять, как различные лекарственные препараты влияют на клетки и организмы, и как они могут быть эффективно доставлены туда, где они нужны.

Кроме того, открытие о форме воды может пролить свет на фундаментальные вопросы физики и химии. Вода обладает уникальными свойствами и проводить исследования о ее форме и поведении может привести к новым открытиям о структуре и динамике жидкостей в целом. Это может иметь значительные последствия для различных технологий, включая разработку новых материалов, энергетических систем и более эффективных методов очистки воды.

В целом, открытие о форме воды в невесомости является важным шагом вперед в научном понимании природы воды и ее свойств. Оно открывает новые возможности для применения научных исследований в практической жизни и может привести к новым технологиям и улучшению наших существующих систем и процессов.

Исследования воды в условиях невесомости предлагают удивительные возможности для научных открытий. В невесомости вода может принимать необычные формы, в том числе форму шара.

Одна из причин, почему вода принимает шаровую форму в невесомости, заключается в отсутствии гравитационной силы, которая обычно действует на жидкость и влияет на ее поведение. Без гравитации молекулы воды не испытывают вертикальную силу, вызывающую оседание вниз, и поэтому располагаются равномерно вокруг центра массы водяного шара.

Вода обладает поверхностным натяжением, что означает, что ее молекулы сцепляются друг с другом и образуют пленку на поверхности воды. В невесомости, без воздействия гравитации, поверхностное натяжение проявляется особенно ярко. Оно позволяет воде принимать форму шара, так как ее молекулы стремятся занять минимальную возможную поверхность и образуют сферическую форму, где площадь поверхности шара минимальна при заданном объеме.

Вода в форме шара в невесомости также может приобретать другие необычные свойства. Например, она может остаться на поверхности какой-либо жидкости или твердого тела, не протекая. Это связано с поверхностным натяжением и способностью воды образовывать плоские поверхности.

Исследования воды в невесомости могут привести к открытию новых свойств и возможностей этого непрестанно изучаемого вещества. Понимание поведения воды в невесомости может иметь практические применения в различных областях, включая аэрокосмическую промышленность и медицину.

невесомость – идеальное окружение для исследования воды
1.	Вода принимает форму шара в невесомости из-за отсутствия гравитационной силы, которая обычно влияет на ее поведение.
2.	Поверхностное натяжение воды проявляется особенно ярко в невесомости, что позволяет ей принимать форму шара.
3.	Вода в форме шара в невесомости может остаться на поверхности твердого тела или жидкости, не протекая.
4.	Исследования воды в невесомости могут привести к открытию новых свойств и практическим применениям этого вещества.

Какова микрогравитация на вкус?

Когда вы впервые окажетесь в состоянии невесомости, вы почувствуете следующее:

— тошнота;

— дезориентация;

— головная боль;

— потеря аппетита;

— запор;

— еще кое-что…

Чем дольше вы будете оставаться в условиях микрогравитации, тем слабее будут ваши мышцы и кости. Эти ощущения будут вызваны различными изменениями в системах вашего организма. Давайте подробно рассмотрим, как тело реагирует на невесомость.

Космическая болезнь

Тошнота и дезориентация, которая на вкус как сосущее чувство в желудке, когда автомобиль «летит» вниз по трассе или вас подхватывает на карусели. Только на борту корабля это чувство будет длиться несколько дней. Это чувство космической болезни, слабость моторики, когда ваш мозг получает противоречивую информацию от вестибулярных органов, расположенных в вашем внутреннем ухе. Ваши глаза видят, куда двигаться вверх и вниз в корабле, но ваша вестибулярная система полагается на силу тяжести, определяя направления, что не работает в невесомости. Поэтому ваши глаза могут говорить мозгу, что вы движетесь сверху вниз, но мозг этого не поймет. Это вызывает дезориентацию и тошноту, что может привести к потере аппетита и рвоте. К счастью, спустя несколько дней мозг адаптируется и начнет реагировать исключительно на визуальные сигналы. Таблетки тоже помогут.

Одутловатое лицо и куриные лапки

В условиях микрогравитации ваше лицо будет одутловатым, а пазухи — перегруженными, что вызовет головную боль и нарушение моторики. На Земле это можно почувствовать, если стоять вверх ногами — кровь приливает к голове.

На Земле гравитация притягивает вашу кровь, в результате чего значительные ее объемы скапливаются в венах ног. Как только вы окажетесь в условиях микрогравитации, кровь сдвинется из ваших ног в грудь и голову. Лицо опухнет, а ноги, наоборот, уменьшатся в размерах.

Когда кровь переходит в грудь, сердце увеличивается в размерах и качает больше крови с каждым ударом. Почки отвечают на этот увеличенный кровоток производством большего количества мочи, будто вы выпили большой стакан воды. Кроме того, увеличение кровотока снижает уровень секреции гипофизом антидиуретического гормона (АДГ), что уменьшает жажду. Вы не будете хотеть пить столько же воды, сколько на Земле. В совокупности эти два фактора помогут вашей груди и голове избавиться от лишней жидкости за несколько дней, а поток жидкости вашего тела нормализуется (для космических условий). По возвращении на Землю, вы будете больше пить и чувствовать усталость, но это пройдет.

Космическая анемия

По мере того, как ваши почки выводят лишнюю жидкость, они также уменьшают секрецию эритропоэтина — гормона, стимулирующего производство красных кровяных тел клетками костного мозга. Снижение производства красных кровяных клеток сопровождается уменьшением объема плазмы, поэтому гематокрит (процент объема крови, занимаемого красными кровяными телами) такой же, как на Земле. По возвращении на Землю, ваш уровень эритропоэтина будет расти, так же как и количество красных кровяных тел.

Слабые мышцы

Когда вы находитесь в условиях микрогравитации, ваше тело принимает позу «зародыша»: вы немного сгибаетесь, ваши руки и ноги также принимают полусогнутое состояние. В таком положении вы не используете многие мышцы, особенно те, которые помогают вам поддерживать осанку (антигравитационные мышцы). По мере пребывания на борту МКС, ваши мышцы меняются. Их масса уменьшается, что приводит к «куриным лапкам». Ваше тело больше не нуждается в мышцах, которые медленно сокращаются, вроде тех, что используются в положении стоя. Нужны быстро сокращающиеся волокна, чтобы быстрее передвигаться по станции. Чем больше вы остаетесь на МКС, тем меньше у вас будет мышечной массы. Потеря мышечной массы ослабляет вас, и это, между прочим, является серьезной проблемой для длительных полетов, особенно после возвращения на Землю.

Остеопсатироз

На Земле ваши кости поддерживают вес вашего тела. Размер и масса костей тщательно сбалансированы. В условиях микрогравитации вашим костям больше не нужно поддерживать ваше тело, поэтому все ваши кости, особенно несущие, в районе бедер, ляжек и нижней части спины, используются меньше, чем на Земле. Размер и масса костей в невесомости уменьшаются примерно на 1% в месяц. В результате по возвращении на Землю они просто могут разрушиться. Неизвестно, каков процент восстанавливаемых костей после возвращения на Землю, но он точно не равен 100. Именно эта проблема вносит ограничения на время пребывания в космосе.

В дополнение к слабым костям, концентрация кальция в крови приводит к болезни почек, которым нужно этот избыточный кальций выводить. Могут образоваться камни в почках.

Влияние невесомости

Невесомость имеет огромное влияние на форму жидкости. Когда жидкость находится в условиях невесомости, она начинает приобретать сферическую форму.

Почему именно так происходит? Слово «кластер» играет ключевую роль в объяснении этого явления. Когда жидкость находится в состоянии невесомости, молекулы жидкости ведут себя как кластер — они соединяются между собой и образуют форму шара. Это происходит потому, что в состоянии невесомости силы притяжения между молекулами жидкости, вызванные гравитацией, отсутствуют, и молекулы свободно перемещаются.

Именно поэтому жидкость приобретает сферическую форму под воздействием невесомости. Эта форма идеально сбалансирована и позволяет жидкости занимать минимальное пространство. Также сферическая форма устойчива в условиях невесомости, поскольку силы взаимного притяжения молекул в этой форме минимальны.

Отсутствие гравитационной силы

Русское слово «невесомость» означает отсутствие веса, именно поэтому тела, находящиеся в таком состоянии, не испытывают привычного для нашей планеты действия силы тяжести. Без влияния гравитационной силы, жидкость с течением времени стремится принять такую форму, которая минимизирует поверхностное напряжение и потенциальную энергию системы. И такая форма является шарообразной.

Почему именно шар — можно объяснить с помощью законов физики. Сферическая форма имеет наименьшую поверхность среди всех возможных форм. И такая форма позволяет жидкости равномерно распределиться внутри объема, минимизируя взаимодействие с внешней средой.

Итак, отсутствие гравитационной силы в условиях невесомости приводит к тому, что жидкость приобретает форму шара.

Баланс сил поверхностного натяжения

Слово «натяжение» в данном контексте обозначает свойство жидкости сохранять ее поверхность в состоянии минимальной площади. Поверхность жидкости будет стремиться принять такую форму, чтобы площадь ее поверхности была минимальной. И в условиях невесомости жидкость не испытывает воздействия гравитационной силы, что позволяет ей принять сферическую форму, чтобы минимизировать свою поверхность.

Причина, почему жидкость образует сферическую форму, связана с молекулярным строением и взаимодействием молекул. Молекулы жидкости стремятся образовывать кластеры, чтобы минимизировать свою поверхностную энергию. В результате этого образуются сферические капли.

Сферическая форма жидкости

Баланс сил поверхностного натяжения обуславливает формирование сферической формы жидкости в условиях невесомости. Этот эффект наблюдается не только в космическом пространстве, но и на Земле, в случае обработки материалов в условиях невесомости

Изучение этого явления важно для разработки новых технологий и материалов, которые приобретают особые свойства в невесомости

Особенности взаимодействия молекул в невесомости

В невесомости молекулы жидкости выполняют движение, которое можно назвать кластерным. Вместо того, чтобы двигаться независимо друг от друга, молекулы образуют кластеры и движутся вместе. Это происходит из-за взаимодействия между ними: молекулы притягиваются друг к другу и образуют временные связи.

Именно это взаимодействие молекул жидкости в невесомости приводит к формированию сферической формы. Поскольку молекулы взаимодействуют между собой, они создают силы, которые действуют во всех направлениях. Эти силы равны и противоположны, и поэтому они обеспечивают сферическую форму жидкости.

В результате, в невесомости, жидкость приобретает форму шара. Хотя эта форма может быть временной и меняться под воздействием других факторов, в нулевой гравитации жидкость обычно будет принимать сферическую форму.

Таким образом, в условиях невесомости особенности взаимодействия молекул в жидкости приводят к формированию сферической формы. Этот процесс особенно интересен научным исследователям, которые внимательно изучают эти явления для более глубокого понимания природы и свойств жидкостей.

А как же свинец?

Знатоки истории и просто люди, интересующиеся оружием, наверняка вспомнят свинцовую дробь, используемую в гладкоствольном. Ведь это ничто иное, как капли свинца, застывшие в холодном воздухе. Как же они, имея довольно большой размер (до 6 миллиметров – все, что крупнее, является уже картечью), сохраняют в воздухе практически идеально круглую форму.

Однако здесь стоит учитывать, что свинец и вода имеют совершенно разную плотность – 11,3 г/см3 против 1 г/см3 соответственно. Поэтому и молекулярные связи в металле значительно сильнее. Как результат – с большой высоты могут падать капли расплавленного свинца диаметром около 5 миллиметров, и при этом они будут сохранять форму шара. Неслучайно для изготовления дроби использовались специальные дроболитейные башни высотой в несколько десятков метров – падая капли принимали нужную форму и в таком виде падали в жидкость (это не вода, как думают некоторые, а мыльный раствор с примесью керосина), моментально охлаждаясь и сохраняя форму.

Изменение формы капель в невесомости

Когда вода находится в земной атмосфере под воздействием гравитационной силы, она принимает форму капель, так как гравитация притягивает ее к земле. Однако, в невесомости гравитационная сила отсутствует или существенно снижена, что позволяет воде свободно перемещаться в пространстве.

В условиях невесомости капли воды становятся глобулярными, что означает, что они принимают форму шара или близкую к ней. Это происходит из-за баланса между поверхностным натяжением и силой капиллярного давления. Вода в космическом пространстве стремится минимизировать свою поверхностную энергию, поэтому форма капли становится сферической.

На Земле капли воды, находясь в атмосфере, могут принимать различные формы в зависимости от поверхности, на которую они попадают. Однако в условиях невесомости капель не существует «поверхности», на которую они могли бы упасть, поэтому они не имеют возможности разлиться. Вместо этого они остаются сферическими или приобретают неправильные формы, например, форму жемчужины.

Также в невесомости вода обладает уникальными свойствами, которые могут влиять на ее форму. Например, поверхностное натяжение воды в невесомости может быть выше, чем на Земле. Это связано с тем, что молекулы воды в состоянии невесомости собираются в меньших группах и образуют более компактные структуры, что приводит к увеличению поверхностного натяжения.

Таким образом, вода в невесомости принимает форму шара или других глобулярных форм из-за отсутствия гравитационной силы, баланса между поверхностным натяжением и силой капиллярного давления, а также уникальных свойств воды в условиях невесомости.

Равновесие тел в жидкости

Закон Архимеда

Гравитационное поле Земли создает гидростатическое давление, которое приводит к существованию статической подъемной силы, действующей на тела, погруженные в жидкость. Закон, определяющий величину силы плавучести, был открыт Архимедом: данная сила (сила Архимеда (Fa)) равна весу жидкости, объем которой равен объему погруженной в нее части тела:

где ρ — плотность жидкости (газа); V — объем тела, находящийся в веществе; g — ускорение свободного падения.

Сила Архимеда проявляется только при наличии силы тяжести. Таким образом, в условиях невесомости гидростатическое давление равно нулю, что означает Fa = 0.

Сила Архимеда направлена вверх. Он проходит через центр масс вытесняемой телом жидкости (эта точка обозначается буквой С). Точка C называется центром возвышения тела. Положение точки плавучести определяет баланс и устойчивость тела плавучести.

Условия плавания тела в жидкости.

Закон Архимеда позволяет нам объяснить проблемы, связанные с парением тел. Представьте себе тело, которое помещено в жидкость и предоставлено самому себе. Тело тонет, когда его вес превышает вес вытесняемой им жидкости. Когда вес тела и вес жидкости, которую оно перемещает, одинаковы, тело находится в равновесии в жидкости.

Тело плавает и перемещается к поверхности жидкости, если вес жидкости, выталкиваемой телом, превышает вес тела. Когда он поднимается на поверхность жидкости, тело плавает. В этом случае деталь может выступать над поверхностью жидкости.

Условия плавания тел в жидкости для однородных тел (плотность вещества тела ρ=const) определяют следующим образом:

Для неоднородных тел используют понятие средней плотности, при этом среднюю плотность тела сравнивают с плотностью жидкости.

При рассмотрении движения тела на границе жидкостей имеющих разные плотности, учитывают, что сила Архимеда равна:

ρ1 — плотность первой жидкости; ρ2 — плотность второй жидкости; V1 — объем части тела, находящийся в первой жидкости; V2 — объем этого же тела, находящийся во второй жидкости.

Равновесие тел в жидкости

Если средняя плотность тела меньше плотности жидкости, часть тела будет выступать над поверхностью

Для плавучих сооружений очень важно понятие устойчивости плавания. При определении устойчивости баланса тела случаи делятся:

• тело полностью погружено в жидкость;
• тело частично погружено в жидкость.

Если тело полностью находится в жидкости и плавает в ней (средняя плотность тела равна плотности жидкости), то для возможных поворотов и движений центр тяжести тела и центр плавучести не меняют свое положение относительно тела. Равновесие устойчиво, если центр тяжести тела находится ниже центра плавучести.

Если бы тело и жидкость были абсолютно несжимаемыми (или их сжимаемость была бы одинаковой), баланс тела был бы безразличен. Но на самом деле твердые тела, как правило, имеют меньшую сжимаемость, чем жидкости. Корпуса из таких материалов равномерно плавают в жидкостях одинаковой плотности.

Гораздо более сложный случай, когда тело не полностью находится в жидкости, когда деталь выступает над свободной поверхностью жидкости. В этом случае перемещение тела из положения равновесия вызывает изменение формы объема жидкости, которую тело вытесняет. Происходит изменение положения центра плавучести относительно тела.

Устойчивость равновесия такого тела определяется представлением о метацентре плавающего тела. Это точка, назовем ее M, которая получается на пересечении вертикальной оси симметрии тела и линии действия силы плавучести. Если метацентр расположен выше центра масс тела, то момент силы плавучести пытается вернуть тело в равновесие, а значит, тело плавает равномерно.

Заключение

Итак, в ходе этой работы я убедился в том что:

1. Капиллярные явления играют большую роль в природе.
2. Подъем жидкости в капилляре продолжается до тех пор, пока сила тяжести действующая на столб жидкости в капилляре, не станет равной по модулю результирующей силе.
3. Смачивающая жидкость в капиллярах поднимается вверх, а несмачивающая — опускается вниз.
4. Высота поднятия жидкости в капилляре прямо пропорциональна поверхностному натяжению её и обратно пропорциональна радиусу канала капилляра и плотности жидкости.

Среди процессов, которые можно объяснить с помощью поверхностного натяжения и смачивания жидкостей, стоит особо выделить капиллярные явления. Физика — это загадочная и необыкновенная наука, без которой жизнь на Земле была бы невозможна

Давайте рассмотрим наиболее яркий пример этой важной дисциплины

В жизненной практике такие интересные с точки зрения физики процессы, как капиллярные явления, встречаются весьма часто. Все дело в том, что в повседневной жизни нас окружает много тел, которые легко впитывают в себя жидкость. Причина этому — их пористая структура и элементарные законы физики, а результат — капиллярные явления.