2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5 ... 7  След.
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 00:54 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


02/08/11
5722
Munin в сообщении #1345258 писал(а):
Вы графики потенциальной энергии читать вообще умеете?
А школьники умеют? (Я к тому, что Pavia можно рассматривать как фокус-группу (а можно не рассматривать).)

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 00:54 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
16/12/19
71277
gevaraweb в сообщении #1345274 писал(а):
А вода не может быть чуточку сжатой?

 Она и есть чуточку сжатая. Из-за поверхностного натяжения внутри жидкости есть избыточное давление, а из-за него - сжатие (жидкости чуть-чуть, но сжимаемы).  См. ниже по теме.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 00:55 
Заслуженный участник


06/07/11
5570
кран.набрать.грамота
Munin в сообщении #1345279 писал(а):
со ссылкой на книгу White. Modern College Physics (1948).
Но 1948-й - это ж черти когда было! Мой дед еще школьником был. А на русском хоть где-то это есть, интересно? Не может же не быть.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 01:05 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
16/12/19
71277
warlock66613 в сообщении #1345280 писал(а):
Munin в сообщении #1345258 писал(а):
Вы графики потенциальной энергии читать вообще умеете?

А школьники умеют?

Краткий ответ: "мои" - умеют. Простая аналогия с рельефом земной поверхности была приведена, с пояснениями для диссипативного и бездиссипативного случая.

Долгий ответ:
Вот чему их надо основательно учить в школьные годы - это именно читать эти графики и диаграммы уровней. (Не понимаю, почему их так панически боятся в школьные учебники включать.) Это мало того, что один из основных инструментов интуиции физиков, так ещё и крайне наглядный. В целом, у меня вообще весь рассказ о физике (школьная + популярно в стороны) в немалой степени крутится именно вокруг этих графиков, и вообще представлений о произвольных силах и взаимодействиях. А поверхностное натяжение - маленькое применение этого систематического взгляда к конкретной ситуации.

-- 11.10.2018 01:13:46 --

rockclimber в сообщении #1345282 писал(а):
Но 1948-й - это ж черти когда было!

Кажется, тут пафос в другом: уже в 1948 году такое было написано, но широко по учебникам не разошлось. :-(

Думаю, правильное объяснение изложено, и даже в куче мест, но в книгах выше уровня "общей физики", на языке статфизики и термодинамики. И обычно не настолько наглядно, чтобы заместить уже запомненный "простой" образ.

-- 11.10.2018 01:19:20 --

(Оффтоп)

Munin в сообщении #1345284 писал(а):
В целом, у меня вообще весь рассказ о физике (школьная + популярно в стороны) в немалой степени крутится именно вокруг этих графиков, и вообще представлений о произвольных силах и взаимодействиях.

Вот например, в последнее воскресенье на этом языке я попытался рассказать, что такое "с физической точки зрения" химическая связь, молекулы, химическая активность радикалов. Центральная идея: качественно графики одинаковые, но для разных комбинаций взаимодействующих систем - сильно разная глубина ямы.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 01:28 
Аватара пользователя


09/10/15
3371
Torrance, California, USA
Munin в сообщении #1345281 писал(а):
gevaraweb в сообщении #1345274 писал(а):
А вода не может быть чуточку сжатой?

Она и есть чуточку сжатая. Из-за поверхностного натяжения внутри жидкости есть избыточное давление, а из-за него - сжатие (жидкости чуть-чуть, но сжимаемы).

А тут вы противоречите своему энергетическому подходу.
Если жидкость внутри сжата, а сжата она равномерна ввиду равновесия, то потенциальная энергия должна быть пропорциональна обьему и не зависеть от площади поверхности. В то время как "всем известно", что она пропорциональна площади поверхности. Значит жидкость внутри не сжата. А значит прошу обратить внимание на мое пояснение выше про два приповерхностных слоя, где и сосредоточена вся деформация. Одна на растяжение, вторая на сжатие. Тогда все сходится

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 01:39 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


16/07/14
3258
Москва
Из вашего объяснения у меня получается, что слой у поверхности плотнее чем в центре: если сила взаимодействия с "соседями" нулевая, сила взаимодействия с более далекими молекулами направлена внутрь жидкости, а молекула внутрь не уходит - то эта направленная внутрь сила должна быть компенсирована, и ничем кроме силы отталкивания от более близких чем "соседи" молекулы её компенсировать не получится.
Это так и есть, я неправильно понял объяснение, или тут нужна какая-то более сложная модель?

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 01:48 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


04/09/14
3866
ФТИ им. Иоффе СПб
Тут еще такая засада. Часто путают два связанных явления "падающая капля собирается в шарик" и "жидкость в капилляре поднимается (опускается)". В шарик жидкость собирается, стремясь уменьшить свою поверхность. При этом давление под изогнутой поверхностью будет отличаться от давления под плоской, и чем больше радиус кривизны, тем больше дополнительное давление. Жидкость в капилляре поднимается по стенкам (или опускается) потому, что намочить (или не намочить) стенку энергетически выгодно. К поверхностному натяжению самой жидкости это явление отношения не имеет, но оно изгибает поверхность жидкости, что приводит к изменению давления в ней, что в свою очередь приводит к подъему жидкости. Под плоской поверхностью никакого избыточного давления нет, и фраза: "Из-за этого в жидкости создаётся избыточное внутреннее давление, а поверхность стремится сократить свою площадь - тогда часть молекул с поверхности перейдёт в толщу жидкости, позволяя силам втянуть себя" абсолютно ошибочная. Как это объяснять бедным детям - бог весть. Своим когда-то пытался объяснить, теперь они все занимаются чем угодно - только не физикой.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 02:05 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


31/01/14
9408
Hogtown
amon в сообщении #1345289 писал(а):
Своим когда-то пытался объяснить
Ха, это все знают, что нет пророка в своем отечестве.

(Оффтоп)

У меня хотя оба пошли в математику, за математику серьезные разговоры с ними пошли только когда они были, минимум, в аспирантуре, и стали видеть во мне коллегу, а не только родителя.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 02:08 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
16/12/19
71277
fred1996 в сообщении #1345286 писал(а):
Если жидкость внутри сжата, а сжата она равномерна ввиду равновесия, то потенциальная энергия должна быть пропорциональна обьему и не зависеть от площади поверхности.

Не понимаю, почему это "если... то".

fred1996 в сообщении #1345286 писал(а):
А значит прошу обратить внимание на мое пояснение выше про два приповерхностных слоя, где и сосредоточена вся деформация. Одна на растяжение, вторая на сжатие.

Боюсь, оно ошибочно.  А про избыточное давление в жидкости, создаваемое поверхностным натяжением, широко известно. Не знаю, с чего вы решили, что его нет. 

mihaild в сообщении #1345288 писал(а):
Из вашего объяснения у меня получается, что слой у поверхности плотнее чем в центре: если сила взаимодействия с "соседями" нулевая, сила взаимодействия с более далекими молекулами направлена внутрь жидкости

Я не понял, к кому вы обращаетесь: ко мне или к fred1996.

Если ко мне: по моей логике (повторяю, это "на пальцах", я упрощаю), то:
    - сила взаимодействия с ближайшими соседями нулевая, потому что они "на донышке" потенциальной ямы - на равновесном расстоянии;
    - а сила взаимодействия с более далёкими молекулами - тоже нулевая, по той причине, что они уже "снаружи ямы, на равнине", - на приведённом графике этой равнины не видно, но фактически там асимптотическое стремление обоих графиков к оси абсцисс.
Вот ещё другой пример того же графика:


Обратите внимание, горизонтальная ось начинается не с нуля, и минимум расположен примерно на 0,00035 мкм, а вдвое больше - 0,0007 мкм - там яма уже практически закончилась. Правда, это конкретно потенциал Леннарда-Джонса, его критикуют и вносят поправки, но вроде как не в сторону увеличения энергии на больших расстояниях.

-- 11.10.2018 02:12:16 --

amon в сообщении #1345289 писал(а):
Жидкость в капилляре поднимается по стенкам (или опускается) потому, что намочить (или не намочить) стенку энергетически выгодно. К поверхностному натяжению самой жидкости это явление отношения не имеет

Но можно легко сбить школьника с толку напрочь, если поручить ему рассмотреть расширяющийся или сужающийся капилляр :-)

amon в сообщении #1345289 писал(а):
Под плоской поверхностью никакого избыточного давления нет, и фраза: "Из-за этого в жидкости создаётся избыточное внутреннее давление, а поверхность стремится сократить свою площадь - тогда часть молекул с поверхности перейдёт в толщу жидкости, позволяя силам втянуть себя" абсолютно ошибочная.

Спасибо, подумаю. Возможно, я про избыточное давление тоже по-попугайски повторял.

-- 11.10.2018 02:16:23 --

fred1996 в сообщении #1345278 писал(а):
Вода внутри шарика не может быть чуточку сжатой. Этому мешает разная размерность поверхности воды и внутренности.

Поясните вот эту логику, пожалуйста. Звучит интересно.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 02:25 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


04/09/14
3866
ФТИ им. Иоффе СПб
Munin в сообщении #1345293 писал(а):
Спасибо, подумаю. Возможно, я про избыточное давление тоже по-попугайски повторял.
ЛЛ т.6 (Гидродинамика) параграф 61 "Формула Лапласа".

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 02:44 
Аватара пользователя


09/10/15
3371
Torrance, California, USA
mihaild
Я, как и Мунин, тоже рассматриваю только энергетическую модель. Куда там направлены силы вопрос не такой тривиальный.
Факт в том, что пусть у нас равновесное расстояние между молекулами в 2D больше, чем для 3D, тогда присутствие второго слоя будет сжимать расстояние между молекулами поверхностного слоя, в то время как поверхностный слой растягивает расстояния у второго слоя. ну и оба эти слоя ведут себя по отношению к третьему слою как один недеформированный 3D слой. Чего можно добиться например варьируя расстояния между первым и вторым и вторым и третьим. Так что начиная с третьего слоя никакой деформации нет.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 02:49 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
16/12/19
71277
fred1996
О том, что поверхностный слой "растянут" до больших межмолекулярных расстояний, встречается в Мякишеве (10-2). Однако про два слоя с разной деформацией - это всё же мне кажется необоснованным. Если вы откуда-то это взяли, дайте ссылку.

amon
Спасибо за ссылку! Но наверное, уже завтра.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 03:06 
Аватара пользователя


09/10/15
3371
Torrance, California, USA
Munin
Прошу прощения насчет давления внутри капли. Как-то не учел, что хоть жидкость и сжимается из-за дополнительного давления, но потенциальная энергия этого сжатия существенно меньше, чем потенциальная энергия поверхностного натяжения. То есть при слиянии например кучи мелких капелек в одну большую следует учитывать только изменение площади поверхности, а не давления, которое вносит несущественную поправку.
Тем не менее все свои рассуждения оставляю в силе за исключением фразы о нулевом давлении.
Ну и про размерность я тоже слегка загнул. Там уж совсем левая идея померещилась.

-- 10.10.2018, 16:10 --

Munin
Ну так если поверхностный слой растянут, присутствие второго слоя должно его сжимать, а соответственно сам второй слой будет растягиваться.
Я про слои нигде не читал. Просто ваши размышления заставили задуматься о конструктиве. Как это устроено.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 08:14 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


18/09/14
2124
Прошу прощения за, возможно, глупый вопрос. Но я пока не могу понять, чем модель ув. Munin отличается от моделей авторов упомянутых учебников. Сила, действующая со стороны потенциального поля - это просто минус градиент потенциальной энергии в этом поле, так? Но тогда сказать, что молекулы, находящиеся в приповерхностном слое, имеют бОльшую потенциальную энергию, чем молекулы в глубине жидкости, разве не то же самое, что сказать: на молекулы в приповерхностном слое действует сила, направленная вглубь жидкости?

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 08:36 
Заслуженный участник


28/12/12
6092
Mihr в сообщении #1345319 писал(а):
Но тогда сказать, что молекулы, находящиеся в приповерхностном слое, имеют бОльшую потенциальную энергию, чем молекулы в глубине жидкости, разве не то же самое, что сказать: на молекулы в приповерхностном слое действует сила, направленная вглубь жидкости?

Пожалуй, это можно объяснить так: молекулы на поверхности, как и молекулы в глубине, находятся в локальном минимуме потенциальной энергии (точнее будет говорить про свободную энергию). Но для молекул в глубине минимум более глубокий, поскольку обусловлен взаимодействием с бОльшим числом соседей.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 104 ]  На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5 ... 7  След.

Модераторы: Jnrty, whiterussian, profrotter, Парджеттер, Eule_A, Pphantom, photon, Aer, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group