Может ли современная физика объяснить капиллярность?

[VladTeplyakov]

В старом учебнике физики за 6 класс А.В. Пёрышкина и Н.А.Родиной (Москва, "Просвещение", 1974) в разделе "Для дополнительного чтения" есть параграф 49 "Капиллярность". Читаем:

Цитата:

Рассмотрим ещё одно явление, которое позволяет отличить жидкость, смачивающую стенки сосуда, от жидкости, не смачивающей их. Это явление называется капиллярностью.
Тонкую стеклянную трубочку опускают смачивающую жидкость - воду. Вода поднимается по трубочке вверх (рис.80).Но чем выше поднимается жидкость в трубочке, тем больше становится сила тяжести, приложенная к столбику, и наконец при некоторой высоте столбика h подъём жидкости в трубочке прекращается.

Никаких пояснений этого явления в учебнике не даётся, но даже из этой информации можно сделать вывод о том, что подъём воды в стеклянном капилляре связан с притяжением молекул воды и стекла, о котором говорится в предыдущем параграфе 48 "Явление смачивания":

Цитата:

Притяжением молекул друг к другу можно объяснить такое часто наблюдаемое на практике явление, как смачивание твёрдого тела жидкостью.
Ознакомимся с этим явлением на опыте.
На тонкую пружину подвешивают горизонтально стеклянную пластину. Снизу под пластину подносят сосуд с водой так, чтобы пластина легла на поверхность воды в сосуде. После этого пластину медленно поднимают вверх. При этом пластине не отрывается от воды, а прилипает к ней, и пружина растягивается сильнее.По величине растяжения пружины можно судить о силах притяжения между молекулами, удерживающими пластину на поверхности воды.

В учебнике физики за 7 класс А.В.Пёрышкина 2013 года издания в параграфе 11 "Взаимное притяжение и отталкивание молекул" кроме повторения описания того же опыта со смачиванием уже даётся и пояснение явления смачивания:

Цитата:

Если жидкость смачивает твёрдое тело, то это значит, что молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам тела.

Как же современная физика объясняет явление капиллярности?
Сначала вроде бы всё понятно: это сила поверхностного натяжения воды в капилляре "тянет" воду вверх до тех пор, пока её не уравновесит сила тяжести. То есть имеем уточнение к пояснению в учебнике 1974 года: вода не просто "течёт вверх" по непонятной причине, а поднимается под действием силы поверхностного натяжения.
Но тут у меня возникает вопрос: а как при пояснении капиллярности учитывается сила притяжения между молекулами стекла и воды? Ведь эта сила превышает силу притяжения между молекулами воды и именно молекулы стекла "тянут" молекулы воды вверх по стенкам капилляра. А тут всё пояснение сводится к силе, действующей исключительно между молекулами воды. Вроде как и материал капилляра "не при чём". Хотя именно от него зависит подъём или опускание уровня жидкости, то есть именно он является главенствующей силой и определяет поведение столба жидкости внутри капилляра.
Кто-нибудь может подсказать ссылку на физическое (а не "математическое") пояснения капиллярности, в котором учитывается взаимодействие молекул жидкости и вещества, из которого изготовлена капиллярная трубка?

[nikvic]

VladTeplyakov в сообщении #756832 писал(а):

вода не просто "течёт вверх" по непонятной причине, а поднимается под действием силы поверхностного натяжения.

Не совсем так. Кусочек воды в середине капилляра не опускается потому, что давление в воде под ним больше, чем давление над ним - как у Архимеда

[DimaM]

Занятное сочетание слов "современная физика" и ссылки на учебник для шестого класса 1974 года.

[VladTeplyakov]

nikvic в сообщении #756834 писал(а):

Не совсем так. Кусочек воды в середине капилляра не опускается потому, что давление в воде под ним больше, чем давление над ним - как у Архимеда

О каком "кусочке" Вы говорите: весь столб воды в центре капилляра или какая-то его часть?
И "над ним" - это давление воздуха?
Если можно, то изложите пожалуйста свою мысль подробнее и с самого начала, поскольку сначала вода должна подняться по стенкам и центру капилляра, и только после этого "не опускаться".

[MacSinus]

Cложно ответить на этот вопрос исключительно текстом, исключительно в рамках школьного курса. И силы притяжения к стеклу играют меньшую роль. Дело в чем. На поверхности воды молекулы притягиваются больше вглубь жидкости, что дает эффект поверхностного натяжения, аналогичного, как будто бы вместо поверхности жидкости была резиновая пленка. Если поверхность жидкости прямая, то никакой разницы мы не заметим, что есть пленка, что ее нет. Однако, для кривой поверхности эта пленка будет сдавливать жидкость внутри. Так, например, давление в воздушном шарике больше, чем давление снаружи. При помещении капилляра в воду, жидкость начнет смачивать стекло и будет принимать форму дуги окружности. Но из-за того, что поверхность кривая давление с какой-то из сторон будет больше (лекго показать что со стороны жидкости). Из-за того что давление больше - жидкость потянется вверх, чтобы уравновесить разность давлений давлением столба жидкости и атмосферы.

Таким образом при явлении капиллярности, большее притяжения к молекулам стекла играет роль начального толчка, оно просто заставляет поверхность принять кривую форму, не более. За поднятие столба уже отвечает совершенно другое явление, а именно разность давлений над кривой поверхностью.

[nikvic]

MacSinus в сообщении #756882 писал(а):

Но из-за того, что поверхность кривая давление с какой-то из сторон будет больше (лекго показать что со стороны жидкости).

Для воды/стекла немножко наоборот

[MacSinus]

nikvic в сообщении #756888 писал(а):

MacSinus в сообщении #756882 писал(а):

Но из-за того, что поверхность кривая давление с какой-то из сторон будет больше (лекго показать что со стороны жидкости).

Для воды/стекла немножко наоборот

Ну я думаю, понятно, что я имел ввиду границу воздух - вода. В общем, тут безусловно нужен рисунок. В каждом случае своя ситуация. Просто факт в том, что смачиваемость в капиллярном эффекте играет весьма второстепенную роль, хотя без нее не было бы собственно капиллярного эффекта.

[nikvic]

MacSinus в сообщении #756900 писал(а):

Просто факт в том, что смачиваемость в капиллярном эффекте играет весьма второстепенную роль

Никак нет.
Коэфф. поверностного натяжение можно трактовать как удельную энергию поверхности раздела. И смачиваемость/несмачиваемость - всего лишь направление неравенства этих удельных энергий для двух поверхностей раздела.

[VladTeplyakov]

MacSinus в сообщении #756882 писал(а):

Cложно ответить на этот вопрос исключительно текстом, исключительно в рамках школьного курса.

При ответе Вы можете сослаться на любой рисунок, но тут нужно не количественное, а качественное описание процесса подъёма жидкости по капилляру (например, воды по стеклянной трубке).
Для этого надо чётко представлять силы, действующие на жидкость. А с учётом того, что основная сила - сила притяжения воды к стеклу (вспомните, что капля воды запросто висит на перевёрнутом стекле и не капает вниз на землю) в описании процесса даже не упоминается... (((

Цитата:

И силы притяжения к стеклу играют меньшую роль.

Я специально подчеркнул роль смачивания, поскольку в кольце около стеклянной трубки образуется "зона притяжения" для молекул воды, в которую они однозначно притягиваются, поэтому весь подъём жидкости по стенкам капилляра можно объяснить только этой силой. А вот уже середина получившегося внутри капилляра "водяного колодца" заполняется водой за счёт другой силы.

Цитата:

На поверхности воды молекулы притягиваются больше вглубь жидкости, что дает эффект поверхностного натяжения, аналогичного, как будто бы вместо поверхности жидкости была резиновая пленка.

Очень удачное сравнение
Но дальше согласитесь, что сила поверхностного натяжения стремится собрать весь объём жидкости в шар, поэтому по логике эта самая "резиновая плёнка" никак не может стремиться создать "щупальце", которое она по непонятной причине почему-то вдруг стремится затолкнуть в капилляр...
А вот "подтянуть" (поднять) воду по центру капилляра эта самая "резиновая плёнка" может, поскольку она стремится минимизировать поверхность воды. Но не вровень с подъёмом воды по стенкам капилляра, а немного меньше, поэтому в капилляре и получается вогнутая поверхность воды.

[Munin]

VladTeplyakov в сообщении #757066 писал(а):

Для этого надо чётко представлять силы, действующие на жидкость. А с учётом того, что основная сила - сила притяжения воды к стеклу (вспомните, что капля воды запросто висит на перевёрнутом стекле и не капает вниз на землю) в описании процесса даже не упоминается... (((

Кто вам сказал, что не упоминается? Все её упоминают.

[Xey]

VladTeplyakov в сообщении #757066 писал(а):

А с учётом того, что основная сила - сила притяжения воды к стеклу (вспомните, что капля воды запросто висит на перевёрнутом стекле и не капает вниз на землю) в описании процесса даже не упоминается...

Перед рисунком капиляра , в учебниках есть рисунок капель воды и ртути на стекле и пояснения к нему. После этого рисунка, рассмотрение капиляра не вызывает вопросов.

[VladTeplyakov]

Munin в сообщении #757069 писал(а):

Кто вам сказал, что не упоминается? Все её упоминают.

Вы можете дать ссылку на пояснение с таким упоминанием?
Мне в первой десятке при поиске различных фраз со словом "капиллярность" такие пояснения не попадались.

[Munin]

VladTeplyakov в сообщении #757123 писал(а):

Вы можете дать ссылку на пояснение с таким упоминанием?

VladTeplyakov в сообщении #756832 писал(а):

В старом учебнике физики за 6 класс А.В. Пёрышкина и Н.А.Родиной (Москва, "Просвещение", 1974) в разделе "Для дополнительного чтения" есть параграф 49 "Капиллярность". Читаем:


Цитата:

Рассмотрим ещё одно явление, которое позволяет отличить жидкость, смачивающую стенки сосуда, от жидкости, не смачивающей их. Это явление называется капиллярностью.


в предыдущем параграфе 48 "Явление смачивания":


Цитата:

Притяжением молекул друг к другу можно объяснить такое часто наблюдаемое на практике явление, как смачивание твёрдого тела жидкостью.

Осталось всё прочитать внимательно, и связать то, что в говорится в одном месте, и то, что говорится в другом месте.

Или вы на это не способны?

Вас должны были научить читать ещё в школе, на уроках русского языка и литературы. Прискорбно, если этого не произошло.

[VladTeplyakov]

Munin в сообщении #757125 писал(а):

Осталось всё прочитать внимательно, и связать то, что в говорится в одном месте, и то, что говорится в другом месте.

Я конечно же польщён такой высокой оценкой моих цитат, но вынужден заметить, что здесь я веду речь о том общепринятом пояснении капиллярности, которое даётся в школьном учебнике физики.
Например, ознакомимся с достаточно популярной в интернете школьной исследовательской работой по физике "Смачивание и несмачивание. Капиллярные явления", в которой само название вроде как обязует связать смачивание и капиллярность при объяснении последней...
В п.4 указанной работы "Капиллярные явления в природе и тех­нике" читаем типовую фразу:

Цитата:

Подъем жидкости в капилляре продолжается до тех пор, пока сила тяжести действующая на столб жидкости в капилляре, не станет равной по модулю результирующей сил поверхностного натяжения, действующих вдоль границы соприкосновения жидкости с поверхностью капилляра.

В этой же работе прямо перед пунктом 4 в пояснении к рис.6.1 указано, что

Цитата:

поскольку краевой угол сохраняется при вертикальном поло­жении твердой поверхности, то смачивающая жидкость у краев сосуда, в который она налита, при­поднимается

а это означает, что "изначальной движущей силой" в трубке стеклянного капилляра является вроде бы как не сила поверхностного натяжения воды и объяснять подъём воды в капилляре одной только силой поверхностного натяжения будет имхо некорректно.
Или я чего-то не понимаю?

Может кто-то из читающих эту тему может подсказать ссылку на описание капиллярности, в котором говорится о притяжении молекул воды к стеклу, о котором упоминал Munin?

[Munin]

VladTeplyakov в сообщении #757180 писал(а):

Например, ознакомимся с достаточно популярной в интернете школьной исследовательской работой

То есть, вы критикуете то, что написал какой-то неизвестный школьник. Поздравляю. Дон Кихот воевал с ветряными мельницами, вы его превзойти пытаетесь?

VladTeplyakov в сообщении #757180 писал(а):

Может кто-то из читающих эту тему может подсказать ссылку на описание капиллярности, в котором говорится о притяжении молекул воды к стеклу, о котором упоминал Munin?

Вы же сами знаете и указали эту ссылку: А.В. Пёрышкин, Н.А.Родина, Москва, "Просвещение", 1974.

Сколько вы ещё будете об этом спрашивать?

VladTeplyakov в сообщении #757180 писал(а):

Или я чего-то не понимаю?

Скорее всего.

(Оффтоп)

Мне это напоминает детскую обзывалку: "Смотрю в книгу, вижу фигу."
Впервые вижу такое на живом человеке.