Как выталкивает поверхностное натяжение

[Walker_XXI]

Rusit8800 в сообщении #1314678 писал(а):

realeugene в сообщении #1311768 писал(а):

При растяжении плёнки воды энергия затрачивается, или выделяется?

Энергия затрачивается на увеличение поверхностной потенциальной энергии.

Поэтому поверхностное натяжение тянет, пытаясь эту плёнку обратно сжать, т.е вдоль поверхности тянет. А дальше уже смотрите по форме поверхности. Представьте, что на картинках не поверхность жидкости, а резиновая плёнка, прикреплённая к стержню. Это не совсем верная аналогия, но для начала почувствуете, куда и почему тянет.

[Rusit8800]

А если бы вода не смачивала кубик?
По идее, если кубик погружается вниз в такой жидкости, то, поскольку он несмачиваемый, он отталкивает поверхностные молекулы воды. Если же эти молекулы отталкиваются, то площадь поверхностности увеличивается, как и в случае смачивания. Отличаются же случаи тем, что если установить нуль потенциальной энергии кубика на уровне равновесия кубика, то эта энергия в случае смачивания будет увеличиваться при поднятии кубика, а в случае несмачивания - при погружении кубика.

[Munin]

Rusit8800 в сообщении #1314874 писал(а):

А если бы вода не смачивала кубик?

Тогда край воды около кубика загибался бы не вверх, а вниз.

[realeugene]

Rusit8800 в сообщении #1314874 писал(а):

нуль потенциальной энергии кубика на уровне равновесия кубика

Это что такое?

[Rusit8800]

realeugene в сообщении #1314896 писал(а):

Это что такое?

Там где кубик находится в равновесии - там я принял потенциальную энергию за нуль.

[realeugene]

Rusit8800 в сообщении #1315334 писал(а):

Там где кубик находится в равновесии - там я принял потенциальную энергию за нуль.

И что же именно вы включаете в потенциальную энергию кубика? Распишите по компонентам, пожалуйста.
Видите ли, когда кубик сам по себе плавает, он неподвижный. Так что, из-за потерь энергии при движении кубика на вязкостное сопротивление в жидкости и на разбегающиеся волны, будучи уроненным в воду, кубик в конце концов окажется в состоянии, где потенциальная энергия системы минимальна. Это и есть положение равновесия кубика. При отклонении положения кубика от этого положения равновесия, потенциальная энергия системы может только возрастать. При отклонении в любую сторону, без разницы, смачивается кубик или нет. Так что, я пытаюсь уловить вашу мысль, и у меня не получается.

[Rusit8800]

realeugene в сообщении #1315344 писал(а):

потенциальная энергия системы может только возрастать. При отклонении в любую сторону, без разницы, смачивается кубик или нет.

Суммарная потенциальная энергия,о которой вы говорите, может возрастать либо от увеличения силы Архимеда, либо от увеличения потенциальной энергии относительно Земли ,либо от увеличения потенциальной энергии поверхностного натяжения и эта энергия, действительно, будет возрастать при отклонении от положения равновесия в любую сторону.На то это и есть устойчивое положение равновесия. Я же рассматриваю именно изменение энергии поверхностного натяжения. Ведь нам нужно узнать, как действует именно сила поверхностного натяжения, стремящаяся минимизировать поверхностную энергию, а про силу Архимеда и силу тяжести мы все и так знаем, так что смотреть как меняется потенциальная энергия, связанная с этими двумя силами, не имеет смысла.

Наверное я не прав, что в том положении равновесия, где минимальная суммарная потенциальная энергия минимальна, минимальна и поверхностная энергия. Но мои рассуждения по поводу того, в какую сторону будет увеличиваться поверхностная энергия и,соответственно , как направлена сила поверхностного натяжения, должны оставаться верными.

[Munin]

Rusit8800 в сообщении #1315419 писал(а):

Наверное я не прав, что в том положении равновесия, где минимальная суммарная потенциальная энергия минимальна, минимальна и поверхностная энергия.

Рассмотрите просто грузик, висящий на пружинке. Будет ли в положении равновесия минимальна суммарная потенциальная энергия? Будет ли минимальна гравитационная потенциальная энергия? Энергия растяжения пружинки?

Энергетическим подходом тоже надо уметь пользоваться.

[realeugene]

Тем более, что поверхностная энергия на границе жидкость-воздух от глубины погружения кубика не изменяется, очевидно.
Пока кубик полностью не утонет или не всплывёт, конечно.

[realeugene]

Munin в сообщении #1309417 писал(а):

Площадь воды должна увеличиться на $S,$ а энергия, соответственно, на $E=\sigma S.$

Кстати, в этом утверждении содержится та же самая ошибка, которая становится критической при рассмотрении плавающего кубика. Игнорирование разности поверхностной энергии на границах твёрдое тело - воздух и твёрдое тело - вода. По закону Юнга этой разностью можно пренебречь, только если краевой угол смачивания равен 90 градусов.

PS Если точнее, то игнорирование разности поверхностного натяжения на этих поверхностях, приводящей к изменении их суммарной энергии при сдвиге края жидкости вдоль твёрдой поверхности.

[Munin]

Не ошибка, а упрощение. Ученик пока с банальностями не справляется, а вы хотите его поверхностной энергией твёрдого тела оглаушить?

-- 29.05.2018 16:36:41 --

Впрочем, да, для кубика это некрасиво, только для бритвы было ничё.

[realeugene]

Ну и для бритвы сигма в произведении на площадь может оказаться сильно разной, в зависимости от того, обезжиренное там лезвие или захватанное пальцами.

[Rusit8800]

Munin в сообщении #1315547 писал(а):

Будет ли в положении равновесия минимальна суммарная потенциальная энергия? Будет ли минимальна гравитационная потенциальная энергия? Энергия растяжения пружинки?

Поэтому я и пишу, что был неправ.

realeugene в сообщении #1315551 писал(а):

Тем более, что поверхностная энергия на границе жидкость-воздух от глубины погружения кубика не изменяется, очевидно.

Ну тогда я не понимаю, откуда берутся силы поверхностного натяжения, если минимизировать нечего.

[realeugene]

Rusit8800 в сообщении #1316035 писал(а):

Ну тогда я не понимаю, откуда берутся силы поверхностного натяжения, если минимизировать нечего.

Минимизировать есть чего, но только если аккуратно записать полную потенциальную энергию системы, ни про что не забыв. В результате получится, что поверхность жидкости тянет кубик вниз с дополнительной силой, пропорциональной $\sigma \cos \theta$, как и ожидается, хоть её площадь и не изменяется при перемещении кубика. Рассматривайте лучше поверхность, натянутую на рамку: с ней нет таких неочевидных членов в потенциальной энергии системы.

[Munin]

Rusit8800 в сообщении #1316035 писал(а):

Ну тогда я не понимаю, откуда берутся силы поверхностного натяжения, если минимизировать нечего.

В данном случае, минимизируется поверхностная энергия кубика.

Можете мысленно вообразить себе, что поверхность воды не заканчивается на кубике, а оборачивает его целиком снизу (в случае полного несмачивания). Тогда эта поверхность стремится стать меньше.