В глубокую тарелку налейте воду, поместите на поверхность 8 − 10 спичек. Возьмите кусок мыла, уголок которого размочите в воде другого сосуда. Затем размоченнымуголком мыла коснитесь воды в центре тарелки. Спички моментально разойдутся к краям. Почему?
На поверхности воды есть поверхностное натяжение верхнего слоя. Это натяжение обусловлено притяжением молекул. Когда мыло помещается в воду, то оно растворяется, образуется мыльная плёнка. Её поверхностное натяжение слабее поверхностного натяжения воды. Поэтому спички и "разбегаются" от мыла.
Чтобы объяснить явление, описанное в задаче, необходимо понять ключевые принципы, связанные с поверхностным натяжением и взаимодействием молекул жидкости с веществами.
Поверхностное натяжение:
Поверхностное натяжение — это явление, при котором молекулы жидкости на поверхности испытывают неравномерное притяжение со стороны других молекул. Молекулы внутри жидкости находятся в окружении других молекул, поэтому силы притяжения между ними равны по всем направлениям. Однако молекулы на поверхности жидкости находятся на границе между жидкостью и газом (обычно воздухом) и притягиваются только к молекулам жидкости, находящимся ниже и по бокам. Это приводит к тому, что поверхность жидкости ведет себя как эластическая пленка.
Роль мыла:
Когда кусочек мыла или любое другое поверхностно−активное вещество (например, моющее средство) касается воды, оно уменьшает поверхностное натяжение. Это происходит потому, что молекулы мыла имеют амфифильную структуру: одна часть молекулы гидрофобная (не любит воду), а другая гидрофильная (притягивается к воде). На поверхности воды молекулы мыла располагаются таким образом, что гидрофильные части погружаются в воду, а гидрофобные — остаются на поверхности. В результате мыло снижает силы притяжения между молекулами воды, уменьшая поверхностное натяжение.
Почему спички разойдутся в стороны:
На начальном этапе, когда мыло еще не добавлено, поверхность воды имеет одинаковое поверхностное натяжение. Спички, находящиеся на поверхности воды, удерживаются в одном месте благодаря равномерному распределению сил. Когда размоченный уголок мыла касается воды в центре тарелки, поверхностное натяжение в этом месте резко снижается. По краям тарелки поверхностное натяжение остается высоким. Разница в поверхностном натяжении приводит к тому, что силы, действующие на спички, становятся неравномерными: спички начинают двигаться от области с низким поверхностным натяжением (центра тарелки) к областям с высоким поверхностным натяжением (краям тарелки). Это движение вызвано стремлением системы к равновесию.
Объяснение на молекулярном уровне:
Поверхностное натяжение связано с притяжением молекул воды (силы межмолекулярного взаимодействия). Когда мыло добавляется в воду, его молекулы начинают взаимодействовать с водой, изменяя структуру и ослабляя силы между молекулами на поверхности. Это создает градиент натяжения — разницу в силах поверхностного натяжения между центральной и периферийной частью воды. Спички, как легкие тела, находящиеся на поверхности воды, реагируют на этот градиент и движутся в сторону меньшего сопротивления.
Важные аспекты:
− Если мыло добавляется в центр тарелки, то его эффект распространяется от центра к краям.
− Спички двигаются не самостоятельно — их движение обусловлено изменением сил, действующих на поверхность воды.
− Это явление можно назвать эффектом Марангони, который связан с движением жидкости из−за градиента поверхностного натяжения.
Таким образом, движение спичек, описанное в задаче, объясняется разницей в поверхностном натяжении воды до и после добавления мыла.
Пожауйста, оцените решение
