Как выталкивает поверхностное натяжение

[Munin]

Вы рассматриваете неполное погружение. Я же сразу сказал, что об этом речи не идёт. Для толщины бритвы это приемлемо, для толщины монеты - уже надо подумать.

Площадью мениска можно пренебречь. Она имеет порядок не площади, а периметра.

Если хотите обсудить задачу во всей её полноте, а не помочь студенту с первыми затруднениями, - можете создать новую тему. Здесь это излишне.

[realeugene]

Munin в сообщении #1309531 писал(а):

Вы рассматриваете неполное погружение.

При полном погружении (со всех сторон вода) лезвие плавать не будет, какой бы толщины оно ни было. Лезвие - оно железное, а железо в воде тонет, знаете ли.

Мениск удерживает воду от затекания сверху лезвия. В результате в силе Архимеда, создаваемой мениском, нужно учитывать площадь лезвия, а не только сам мениск.

Кроме того, сила поверхностного натяжения по периметру достаточно большая сама по себе, чтобы её учитывать помимо силы Архимеда. Возьмём, например стальную квадратную пластинку толщиной 0.1 мм со стороной 2 см. Она весит 3.1 мН. В то время, как при угле смачивания железа водой 90 градусов вертикальные стенки мениска по периметру будут тянуть её вверх с силой 5.8 мН при 20 градусах Цельсия и чистой поверхности воды. Т. е. одного поверхностного натяжения воды более чем достаточно для удержания такой пластинки на плаву и без учёта силы Архимеда.

[Munin]

realeugene
Если вы просто не понимаете, что я написал, то я писал не вам.

[realeugene]

Munin
Ну хорошо, действительно, для плавающего лезвия в состоянии равновесия уменьшение потенциальной энергии лезвия равно увеличению потенциальной энергии вытесненной над лезвием воды, а затекание воды в щель над лезвием начинается тогда, когда поверхностная энергия новой поверхности оказывается меньше изменения потенциальной энергии затекающей туда воды, то есть, в результате, когда поверхностная энергия новой поверхности воды сравнивается по модулю с потенциальной энергией лезвия. Но, всё равно, это выглядит, скорее, как случайное совпадение, а не как какой-то фундаментальный закон. Для неплоского лезвия это уже будет не так.

[Rusit8800]

Munin в сообщении #1309531 писал(а):

а не помочь студенту с первыми затруднениями,

Я не студент, я 10-классник)

[Munin]

Тем более. (Матвеев в 10 классе - это хорошо, но могут возникнуть затруднения. Кроме того, стоит вообще сориентироваться, правильно ли составлена программа и подобрана литература.)

[wrest]

Лезвие плоское (большая площадь поверхности), но плавают-то и другие формы:

(Иголки, скрепки и т.п., т.е. те у которых длина много больше ширины и высоты)

[Munin]

Я потому и сказал, что энергетический подход помогает иногда.

(Работает он всегда, но не всегда его оказывается удобно применять, например, посчитать площадь волосков на лапке насекомого...)

-- 03.05.2018 15:26:00 --

Тем не менее, в инструментарии школьника он должен быть.

[Walker_XXI]

Munin в сообщении #1309403 писал(а):

вам важно не в молекулярно-статистических механизмах копаться, а освоить простую, но контр-интуитивную вещь: сколько ни растягивай плёнку, её сила натяжения будет одна и та же. И сколько ни давай ей сжиматься.

По-моему, чтобы сделать этот момент более интуитивно понятным, можно все-таки углубиться на молекулярный уровень. Если в резиновой плёнке у нас не меняется количество молекул, приходящихся на всю поверхность (мы, грубо говоря, растягиваем сами молекулы в длину, как пружины, не меняя их число, т.е. число молекул на единицу площади уменьшается), то площадь поверхности жидкости увеличивается за счёт выхода на поверхность новых молекул: число молекул на единицу площади не меняется, за счёт этого сохраняется постоянной сила натяжения.

(Оффтоп)

Munin в сообщении #1309562 писал(а):

Матвеев в 10 классе - это хорошо

Если я правильно помню, автор темы читает школьный учебник Мякишева.

[Munin]

Ого. Ничего себе я ошибся. Да, вы правы. Откуда-то залип в голове этот Матвеев...

[Rusit8800]

Walker_XXI в сообщении #1309854 писал(а):

По-моему, чтобы сделать этот момент более интуитивно понятным, можно все-таки углубиться на молекулярный уровень. Если в резиновой плёнке у нас не меняется количество молекул, приходящихся на всю поверхность (мы, грубо говоря, растягиваем сами молекулы в длину, как пружины, не меняя их число, т.е. число молекул на единицу площади уменьшается), то площадь поверхности жидкости увеличивается за счёт выхода на поверхность новых молекул: число молекул на единицу площади не меняется, за счёт этого сохраняется постоянной сила натяжения.

Хорошо, а откуда берутся эти молекулы? С резиной понятно - там им просто не откуда взяться, нужны молекулы резины, которые просто так не берутся.Но если взять одиночную мыльную рамку, отделенную от воды и мыла и растягивать ее, то, как вы говорите, число молекул на единицу площади будет увеличиваться. Но почему? Ведь масса пленки не увеличивается ибо молекулы мыльной пленки по воздуху не передаются и, следовательно, не увеличивается ее объем.

[Munin]

Изнутри жидкости они берутся.

И да. Этот процесс происходит до тех пор, пока вещество не образует мономолекулярный слой. После чего свойства поверхности меняются.

Например, на мыльных пузырях возникают "чёрные пятна", после чего они быстро лопаются. Как я слышал (не уверен), это зоны, где между плёнками мыла пропала прослойка воды из-за её испарения в воздух, и плёнка потеряла эластичность.

[realeugene]

А если это чистая дистилированная вода без всякого мыла, то и внутри и на поверхности жидкости расположены вообще совершенно одинаковые молекулы воды. При увеличении площади поверхности просто больше молекул воды оказывается на поверхности, а не "внутри". Исчерпать такие молекулы возможно только енсли испарить всю жидкость.

[Rusit8800]

А, я кажется понял. Так как объем пленки остается таким же, то увеличение площади возможно только за счет увеличения вытянутости пузыря и уменьшения его толщины.

[Rusit8800]

Почему тогда пузырь лопается? Что ему мешать быть очень тонким, быть может, толщиною в несколько молекулярных слоев?