Исследуем зависимость силы поверхностного натяжения от длины линии, разделяющей поверхности жидкости и твердого тела.
Для этого воспользуемся установкой, которая состоит из чувствительного динамометра и кюветы с жидкостью.
Будем поочередно прикреплять к пружине динамометра проволочки различной длины и измерять силу, необходимую для отрыва этих проволочек от поверхности жидкости.
Опыты показывают, что
Результат опытов может быть выражен уравнением:
Физическая величина, равная отношению силы поверхностного натяжения к длине контура свободной поверхности жидкости, называется
Чтобы получить единицу коэффициента поверхностного натяжения, его надо выразить из формулы, показывающей зависимость, установленную в опыте, и в полученное выражение подставить единицы силы – 1 Н и длины – 1 м. Получаем:
Поскольку со стороны поверхностного слоя жидкости на тела действует сила, и под действием этой силы они могут перемещаться, совершая работу, то поверхность жидкости обладает некоторой избыточной по отношению к внутренним слоям энергией. Попытаемся выяснить от чего и как зависит эта энергия.
Возьмем проволочный прямоугольник с одной подвижной перекладиной и опустим его в мыльную воду. Образовавшаяся на каркасе пленка сокращается и тянет за собой перекладину. Подвесим к перекладине небольшой грузик, подобрав его так, чтобы он уравновесил силу, тянущую перекладину вверх. После этого слегка увеличим массу грузика. Площадь поверхности пленки начинает непрерывно возрастать. В этом плане процесс растяжения мыльной пленки принципиально отличается от процесса растяжения пленки из резины. Последняя для большего растяжения требует большей силы.
Если под действием силы
На основе этой зависимости можно дополнить физический смысл коэффициента поверхностного натяжения.
Он показывает, чему равна избыточная энергия поверхностного слоя жидкости единичной площади.
Соответственно, можно получить единицу коэффициента поверхностного натяжения: