Возьмите тарелку, налейте в неё воду и сразу слейте. Поверхность тарелки станет влажной. Затем кусок мыла, сильно прижимая к тарелке, поверните несколько раз и поднимите вверх. При этом с мылом поднимается и тарелка (рис. 4). Почему?
рис. 4.
Это объясняется взаимным притяжением молекул тарелки и молекул мыла с водой. Притяжение между молекулами становится заметным только тогда, когда они находятся очень близко друг к другу, на расстоянии сравнимым с размерами самих молекул (атомов). В данном случае притяжение вызвано смачиванием поверхности водой и плотным прижатием, а также здесь играет важную роль гладкость поверхностей.
Сухое мыло не будет держаться на тарелке, потому что молекулы мыла и тарелки находятся далеко друг от друга. Когда мыло мокрое, тогда молекулы воды смешанные с мылом, могут приблизиться к молекулам тарелки, на расстояние сравнимое с этими молекулами.
Для объяснения явления, происходящего в данном эксперименте, необходимо рассмотреть несколько физических концепций.
Адгезия и когезия
Адгезия — это явление сцепления молекул разных веществ. В данном случае адгезия возникает между молекулами воды, поверхностью тарелки и поверхностью мыла. Когда тарелка становится влажной, между ней и мылом образуются тонкие слои воды.
Когезия — это явление сцепления молекул одного и того же вещества. Внутри слоя воды, находящегося между тарелкой и мылом, молекулы воды притягиваются друг к другу, образуя своеобразную связующую "прослойку".
Сила поверхностного натяжения
Молекулы воды имеют сильные межмолекулярные взаимодействия, которые проявляются в виде силы поверхностного натяжения. Это сила стремится минимизировать площадь поверхности воды. Когда кусок мыла сильно прижимается к влажной тарелке, слой воды между ними становится тонким, и силы поверхностного натяжения дополнительно способствуют удержанию мыла и тарелки вместе.
Влажность и трение
Тонкий слой воды между поверхностью тарелки и мыла способствует увеличению трения между этими поверхностями. Это происходит потому, что вода заполняет микроскопические неровности на поверхности тарелки и мыла, снижая вероятность их скольжения относительно друг друга.
Уменьшение давления (вакуумный эффект)
Когда мыло прижимается к тарелке и поворачивается, между ними удаляется воздух, и создаётся область пониженного давления. Разница в давлении между внутренней частью (где влажная вода) и внешней (атмосферное давление) создаёт эффект "прилипания". Этот эффект подобен тому, как присоска крепится к гладкой поверхности.
Элементы физики трения и силы сцепления
Когда вы сильно прижимаете мыло к тарелке и начинаете его поворачивать, сила трения между поверхностями мыла и тарелки увеличивается. Это связано с тем, что вращательные движения создают дополнительное распределение воды и усиливают контакт между поверхностями.
Результат
Всё описанное выше — адгезия, когезия, силы поверхностного натяжения, трение и вакуумный эффект — работают вместе и создают достаточно большую силу сцепления, чтобы кусок мыла мог поднимать тарелку.
Пожауйста, оцените решение
