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, 6, 7  След.
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 08:43 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


18/09/14
2121
DimaM,
по-моему, это ничего не объясняет. Если дело обстоит так, как Вы говорите, то между двумя минимумами разной глубины где-то должен быть и максимум, верно? Почему тогда молекулы из области максимума потенциальной энергии не "скатываются" к одному из минимумов?

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 08:46 
Заслуженный участник


28/12/12
6088
Mihr в сообщении #1345326 писал(а):
Если дело обстоит так, как Вы говорите, то между двумя минимумами разной глубины где-то должен быть и максимум, верно? Почему тогда молекулы из области максимума потенциальной энергии не "скатываются" к одному из минимумов?

По моему объяснения, в области максимума молекул нет. Они как раз "скатились" в один из минимумов. Но в глубокий все "не поместились", поэтому некоторым приходится сидеть в мелком.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 09:01 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


18/09/14
2121
Допустим. Но тогда либо этот максимум должен быть чрезвычайно "острым" (его ширина должна быть заметно меньше межмолекулярного расстояния) либо молекулы поверхностного слоя должны образовать как бы "оболочку", оторванную от всей остальной жидкости, что, вроде бы, не наблюдается. В любом случае получаются как бы две отдельные "зоны", между которыми молекулы могут иногда "туннелировать". Не знаю, может быть и так. Но на уровне "интуиции" что-то сопротивляется такой модели.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 09:16 
Заслуженный участник


28/12/12
6088
Mihr в сообщении #1345328 писал(а):
Но тогда либо этот максимум должен быть чрезвычайно "острым" (его ширина должна быть заметно меньше межмолекулярного расстояния) либо молекулы поверхностного слоя должны образовать как бы "оболочку", оторванную от всей остальной жидкости, что, вроде бы, не наблюдается.

Между внутренними слоями существуют подобные максимумы. Особенно четкие в кристалле, в жидкости несколько замазанные, но близкие.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 09:19 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


18/09/14
2121
DimaM,
хорошо, спасибо.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 11:27 


05/09/16
7035
Лично мне объяснение поверхностного натяжения через потенциальные ямы совсем не кажется ясным для школьника и уж совсем не "напальцевым".

Поверхностный слой молекул в буквальном смысле натянут, и именно это требует иллюстрации.

Мне нравится идея fred1996, я даже как-то высказывал ее тут пару лет назад в таком виде:
wrest в сообщении #1308097 писал(а):
внутренние молекулы притягиваются и отталкиваются, а внешние отталкиваются только от внутренних, а между собой только притягиваются (внутренние, условно говоря, соприкасаются, а внешние немного разрежены и не соприкасаются между собой) -- отсюда и натяжение.
Осталось дать "напальцевое" объяснение почему внешний слой молекул разряжен (межмолекулярное расстояние больше чем у внутренних молекул). Почему, если новая молекула падает извне, то она не задерживается в верхнем слое делая его менее разреженным и мене натянутым, а проваливается вниз?

График же из первого поста этой темы хорош для другого: для объяснения почему жидкости малосжимаемы и почему жидкости могут иметь большую прочность на разрыв.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 11:51 
Заслуженный участник


07/07/09
5228
В учебниках встречал примерно такую фраза - Жидкость ведет себя так , будто на ее поверхности есть растянутая пленка.


Молекулы притягиваются и сближаются до упора в упругие упоры. Если бы сила притяжения была больше, молекулы сблизились бы поближе.

Вот это наверно не правильно.
fred1996 в сообщении #1345298 писал(а):
пусть у нас равновесное расстояние между молекулами в 2D больше, чем для 3D,

В наружном слое сила притяжения больше, потому, что связи молекул задействованы в 2D слое, точнее в 2.5 D (молекул нет только снаружи). Во внутренних слоях такое же количество связей работает в 3D.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 12:00 
Заслуженный участник


28/12/12
6088
Xey в сообщении #1345372 писал(а):
В наружном слое сила притяжения больше, потому, что связи молекул задействованы в 2D слое, точнее в 2.5 D (молекул нет только снаружи). Во внутренних слоях такое же количество связей работает в 3D.

Насколько я понимаю, в поверхностном слое среднее число связей меньше, это как раз обусловливает повышенную энергию такого слоя.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 12:20 
Заслуженный участник


07/07/09
5228
DimaM в сообщении #1345375 писал(а):
Насколько я понимаю, в поверхностном слое среднее число связей меньше


Общее количество (концентрация ) связей в наружном слое может быть меньше , чем во внутреннем. (не все связи молекулы находят пару)
Но, концентрация связей, действующих в плоскости слоя, скорей всего больше в наружном.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 12:40 


15/11/15
480
arseniiv в сообщении #1345276 писал(а):
Рассмотрите шарик воды в невесомости, что его должно сжимать? И по отношению к чему это состояние понимается сжатым?

Имел в виду, что молекулы притягиваются друг другу. Неважно, в невесомости или где. Ну может как на картинке :D :

Изображение

Вроде бы как, действительно, получается, что "на молекулу в толще жидкости действует нулевая равнодействующая сила". Но все равно жидкость находится в неком слегка сжатом состоянии. Во, вот так:
Xey в сообщении #1345372 писал(а):
Молекулы притягиваются и сближаются до упора в упругие упоры.

И поэтому сщетаю, что натяжение - следствие "сжатости", а не наоборот.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 12:44 
Заслуженный участник


28/12/12
6088
Xey в сообщении #1345387 писал(а):
Но, концентрация связей, действующих в плоскости слоя, скорей всего больше в наружном.

Надо смотреть результаты моделирования. На пальцах здесь, по-моему, трудно получить верный результат.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 13:28 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
09/12/19
71257
Mihr в сообщении #1345319 писал(а):
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?

Мне эта задача понравилась именно тем, что нет, в этом случае как раз это не то же самое.

(И именно отсюда могут расти ноги неправильного объяснения: просто тупо взяли градиент, получили силу... а что силы быть не должно, не вспомнили.)

Я этот момент понимаю так: энергия позволяет нам провести "расчёт брутто", для всей системы в целом. Детально это бы означало картину потенциальной энергии в жутко-многомерном пространстве конфигураций, учитывающем смещение каждой отдельной молекулы жидкости. В этой картине на каждую отдельную молекулу не действует никакой силы, пока мы считаем форму жидкости неизменной. Но на жидкость в целом действует сила, если жидкости позволено менять форму. Причём, при таком изменении - будут менять положение многие молекулы разом, и детально в них разобраться будет очень сложно.

То есть, да, чисто формально всегда $\vec{F}=-\nabla U.$ Но практически это даёт радикально отличающиеся по сложности рассуждения.

(В качестве цветочка на могилку. Допустим, на поверхности жидкости есть впадина. Поверхностное натяжение будет стремиться затянуть её, так что на молекулы на дне впадины будет действовать сила, направленная вверх.)

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 13:40 


05/09/16
7035
Munin в сообщении #1345425 писал(а):
(В качестве цветочка на могилку. Допустим, на поверхности жидкости есть впадина. Поверхностное натяжение будет стремиться затянуть её, так что на молекулы на дне впадины будет действовать сила, направленная вверх.)

Интересное соображение, но вот допустим мы как-то придали воде форму гантели и отпустили (в невесомости, чтобы не вспоминать про Архимеда), всегда ли вода в итоге соберется в один шарик (гравитацию тоже не учитываем), или в зависимости от тонкости и длины ручки гантели, сперва распадется на два или даже на три?

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 13:57 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


18/09/14
2121

(Оффтоп)

Munin в сообщении #1345425 писал(а):
В качестве цветочка на могилку

Мою? :D

Munin в сообщении #1345425 писал(а):
Поверхностное натяжение будет стремиться затянуть её, так что на молекулы на дне впадины будет действовать сила, направленная вверх.

Хорошо, но в чём здесь противоречие с "притяжением молекул"? Раз уж впадина - значит рядом, но повыше её расположены молекулы жидкости. А какие "тянут" сильнее - это считать надо. Если ваш пример - "контраргумент на пальцах", то, по-моему, не очень убедительный.

И вот ещё такой вопрос. Если принять объяснение DimaM о неглубоком локальном минимуме потенциальной энергии у самой поверхности жидкости, то всё равно ведь получается, что при попытке выбраться из этого минимума наружу, прочь от жидкости, должна возникать возвращающая сила - сила притяжения. Кстати, именно её наличие и должно объяснять (на языке сил, а не энергий), почему в ряде случаев испарение жидкости идёт довольно медленно или даже практически не идёт. А вот если сил, удерживающих молекулы жидкости, нет, а жидкость при этом "кипеть" не хочет... Загадка.

 Профиль  
                  
 
 Re: О причине поверхностного натяжения "на пальцах"
Сообщение11.10.2018, 13:58 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
09/12/19
71257
wrest в сообщении #1345362 писал(а):
Лично мне объяснение поверхностного натяжения через потенциальные ямы совсем не кажется ясным для школьника и уж совсем не "напальцевым".

Да, конечно, для школьника оно сложнее, чем через силы. Но честнее.

Школьника надо специально готовить к нему. Это не очень просто и быстро. Но мне кажется, на уровне старших классов (а поверхностное натяжение вводят в 10-11) вполне доступно.

wrest в сообщении #1345362 писал(а):
Поверхностный слой молекул в буквальном смысле натянут, и именно это требует иллюстрации.

"Иллюстраций" в смысле показать фотографию водомерки - это легко. Вопрос в этой теме - не про иллюстрации.

wrest в сообщении #1345362 писал(а):
Почему, если новая молекула падает извне, то она не задерживается в верхнем слое делая его менее разреженным и мене натянутым, а проваливается вниз?

Это просто ложный вывод, и соответственно, вопрос "почему" тоже ложный. Новая молекула извне как раз вполне может остаться в верхнем слое.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 104 ]  На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5, 6, 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