|
Статья старая, примерно 70-е годы.
Выкладываю несколько начальных характерных отрывков из статьи.
Перевод электронный, с небольшим редактированием для удобочитаемости, но без искажения смыслового содержания текста автора.
Молекулярный механизм поверхностного натяжения.
M V Berry
H H Wills Physics Laboratory
Bristol
.....
Внутреннее притяжение на поверхности молекул.
Фактически на молекулу, находящейся на поверхности, действует внутренняя сила, но это только один аспект динамического равновесия, в котором силы отталкивания, действующие на молекулу от ее ближайших соседей, играют ключевую роль.
Для молекулы в объеме жидкости, результирующая сила отталкивания от ее ближайших соседей и результирующая сила притяжения от ее более дальних соседей, в среднем, равны нулю.
Однако, эти результирующие значения обычно не равны нулю в любой момент, и это является причиной хаотического теплового движения.
На поверхности существует неуравновешенная сила на молекуле; она направлена внутрь, потому что уменьшение плотности в поверхностном слое подразумевает, что очень мало ближайших соседей создают силу отталкивания наружу. Таким образом, в среднем, поверхностные молекулы ускоряются внутрь.
Это внутреннее ускорение не может продолжаться вниз, в объем, потому что нисходящие молекулы вскоре сталкиваются с восходящими силами отталкивания от внутренних молекул.
Полезной аналогией является поведение большого количества шариков (поверхностных молекул), упруго отскакивающих от поверхности земли (объемная жидкость). Сила, действующая на них, и результирующее ускорение направлены вниз, за исключением коротких периодов, когда они сталкиваются с силами отталкивания от твердой земли.
Аналогичные аргументы можно использовать для объяснения поверхностной энергии: в объеме жидкости молекула имеет больше притягивающих связей, соединяющих ее со своими соседями, чем на поверхности.
Поэтому, чтобы создать новую поверхность, некоторые связи должны быть разорваны; это включает в себя выполнение работы, которая называется поверхностной свободной энергией, если поверхность создается обратимо и изотермически.
Существует отрицательный вклад в поверхностную энергию, из-за «разрыва» отталкивающих «связей» от ближайших соседей, но он должен быть меньше, чем вклад сил притяжения, поскольку в противном случае жидкость вообще бы не образовалась.
Натяжение, параллельное поверхности.
Аргументы, только что представленные в разделе 2, которые касаются сил и энергий отдельных молекул, могут быть использованы для объяснения тенденции жидких поверхностей к сжатию.
Но происхождение натяжения, параллельного поверхности жидкости, не объясняется.
Действительно, некоторыми авторитетными авторами было заявлено, что понятие поверхностного натяжения является «полезной фикцией» и что «поверхностное натяжение не существует как физическая реальность, а является только математическим эквивалентом энергии свободной поверхности».
Однако без использования понятия растягивающей силы, параллельной поверхности, очень трудно объяснить эксперименты, связанные со статическими ситуациями (например, поддержка подвешенной подвижной проволоки мыльной пленкой на неподвижной рамке), когда никакой работы не выполняется.
|
). В отсутствии внешних силовых полей – это сферическая форма. Если же поверхность не отвечает минимуму потенц. энергии, то действуют силы, которые втягивают молекулу в объем и поверхность сокращается. Возникает вопрос: а чем компенсированы силы, действующие на поверхностную молекулу со стороны соседей «через один», если поверхность уже приняла минимальное значение? А компенсируются они силами отталкивания со стороны уже ближайших соседей. Вот именно притяжение между соседями «через один» создает избыточное давление в объеме жидкости, при этом жидкость как бы сжимается, пока силы отталкивания между ближайшими соседями не скомпенсируют силы притяжения. Поэтому, силовой и энергетический варианты объяснения эквивалентны, как и должно быть.
- примерно равно сумме радиусов молекул (для одинаковых молекул - удвоенный радиус - диаметр). А теперь добавьте на график еще один диаметр (отсчитайте от 
где:
- сила притяжения с которой 3-я молекула действует на 1-ю, и которая передается 2-ой молекуле со стороны первой, посредством силы отталкивания; 
- сила притяжения с которой 4-я молекула действует на вторую; 
- сила отталкивания, с которой третья молекула действует на вторую. Результирующая этих сил равна нулю. Для остальных молекул, рассуждая аналогичным образом, можно легко убедиться, что тоже. Естественно, это будет справедливо только для объема жидкости с минимально возможной (в данных условиях) поверхностью. В противном случае будут возникать нескомпенсированные силы, приводящие к изменению формы жидкости с уменьшением поверхности.