Сила поверхностного натяжения жидкости - Всемирное тяготение - Различия в поведении жидкости в космосе и на Земле

Как ведет себя вода и другие жидкости на Земле, мы все прекрасно знаем. А вот что произойдет с водой в космосе, точнее что произойдет с водой в невесомости, на борту космического корабля? Попробуем разобраться.

Сила поверхностного натяжения жидкости

На Земле жидкость обычно течёт вниз.  В этом нет ничего удивительного. Все к этому привыкли.

А теперь представьте себе, что обычная вода летает, как мыльные пузыри, по комнате. Необычно? Но то что необычно на Земле, становится обычным явлением на её орбите. Происходит это из-за того, что в космосе в поведении жидкостей доминирует не гравитация планеты, а сила поверхностного натяжения. Образно говоря, жидкость, “предоставленная самой себе” в космосе, сразу же принимает форму с минимальной поверхностью, то есть форму шара.

сила поверхностного натяжения и вода в невесомости

Вода в невесомости ведет себя непривычно с земной точки зрения и собирается в аккуратные шарики

Гравитация – всемирное тяготение

Прежде чем разобраться какие последствия могут возникнуть из-за изменения силы притяжения, выясним, что такое гравитация. Гравитация – это всемирное тяготение. Свойство материи, выражающееся во взаимном притяжении тел.  Именно гравитация определяет поведение  жидкости в пределах Земли. Мы воспринимаем гравитацию, как должное, ведь на Земле она действует постоянно и её сила никогда не меняется.

Хотя собственную гравитацию имеет каждое тело имеющее вес, сама по себе эта сила чрезвычайно мала. Поэтому нет ничего удивительного в том, что два кусочка сахара положенные на стол не притягиваются друг к другу. Веса не хватает! Другое дело гравитация небесного тела, такого как наша планета.

И хотя гравитация незаметна для нас, если она вдруг исчезнет, не заметить этого мы просто не сможем. Все не закрепленные предметы начнут летать, вода из привычного нам состояния перейдет в шарообразную форму, да и атмосфера планеты перестанет удерживаться у поверхности планеты и улетит в космос. Исчезновение гравитации было бы концом жизни.

Впрочем, увеличение силы тяжести также нежелательно: в этом случае все предметы и живые существа стали бы  тяжелее. В первую очередь это все отразилось бы на постройках и сооружениях. Дома, мосты, колонны и многое другое были построены с учетом нормальной привычной гравитации, и любые изменения в силе притяжения повлекли бы за собой серьезные последствия – большинство бы сооружений просто рассыпались, да и наши кости тоже не приспособлены носить больший вес.

сила поверхностного натяжения воды и гравитация

На самом деле мы не раз наблюдали подобное поведение воды и на Земле – посмотрите на эту каплю росы. Шарообразную форму она принимает все из-за той же силы поверхностного натяжения



Поверхностное натяжение и угол смачивания

Поверхностным натяжением называется сила, испытываемая молекулами жидкости на поверхности (сильнее всего на границе газ – жидкость) и направленная в глубину объема жидкости. Наличие сил поверхностного натяжения делает поверхность жидкости похожей на упругую растянутую пленку.

При малых массах, благодаря действию сил поверхностного натяжения, жидкость также принимает форму, соответствующую минимальной поверхности. Да вы и сами видели примеры этого – капли воды имеют сферическую форму и не растекаются сами по себе. Это и есть поверхностное натяжение жидкости в действии.

Наверно, каждый из вас замечал, что после дождя на окне видны капли. С точки зрения физики граница, по которой капля соприкасается с поверхностью твердого тела называется поверхностью раздела фаз –жидкой и твердой.

Угол между поверхностью капли и твердой поверхностью называется углом смачивания. Если этот угол меньше 90˚, то капля растекается по поверхности. В таких случаях говорят, что жидкость хорошо смачивает поверхность. Если же этот угол больше 90˚, то капля “стягивается” в сплющенный, под давлением собственного веса, водяной шарик. Однако, если вы легонько надавите на него пальцем – он немедленно растечется в мини-лужицу. Всемирное тяготение “пересилит” поверхностное натяжение.

Если же две капли сольются в одну и их общий вес увеличится, они также потеряют шарообразную форму.

Различия в поведении жидкости в космосе и на Земле

Если достаточно аккуратно положить на водную поверхность металлическую скрепку – она не утонет. А клопы-водомерки вообще научились обращать физику себе на польз и без проблем скользят по водной глади на своих ножках

Различия в поведении жидкости в космосе и на Земле

  • На Земле: поведение жидкостей определяется действием силы тяжести. В космосе: жидкостями управляет сила поверхностного натяжения.
  • На Земле: можно легко разделить капельку жидкость шарообразной формы. В космосе: для этого придется приложить немалые усилия.
  • На Земле: несмачиваемые жидкости не смачивают поверхность. В космосе: достаточно небольшого прикосновения несмачиваемой жидкости для того, чтобы смочить поверхность.
  • На Земле: если встряхнуть бутылку с какое-либо жидкостью, то жидкость вернется в исходное состояние. В космосе: водяные шарики могут вести себя как “упругие мячики”, неоднократно отскакивая от той же жидкости, из которой они состоят.

Итак, надеюсь вы смогли ознакомиться и понять разницу в поведении жидкостей в пределах Земли и в космосе.