Чому струмінь води з крана звужується донизу?
Багато цікаві явища з області фізики нами залишаються непоміченими. Наприклад, варто поспостерігати за водою, що тече з крана. Можна помітити, що вгорі струмінь відповідає діаметру труби, а внизу стає помітно вже. Як пояснити таке явище і чому вода взагалі не розливається на всі боки, а тримає певну форму?
Межмолекулярная сила і поверхневий натяг
Поверхневий натяг – це явище, яке виникає на межі тіл, що знаходяться в різному стані: твердому, рідкому і газоподібному. Найчастіше воно утворюється між рідиною і газом. Вимірюється в Н/м (ньютон на метр). Різні рідини мають різний коефіцієнт поверхневого натягу по відношенню до повітря.
Цікавий факт: коефіцієнт поверхневого натягу ртуті дуже високий – 486,5 Н/м. Саме тому при контакті з повітрям вона тут же збирається в кульки. Так ртуть прагне до мінімальної площі зовнішньої поверхні.
Межмолекулярная сила
Поверхневий натяг безпосередньо пов’язане з міжмолекулярною силою. В якості прикладу можна взяти краплю води на поверхні. Вода являє собою велику кількість молекул.
Крапля оточена повітрям. Вона тримає чітку форму завдяки тому, що молекули води прагнуть один до одного. Це прагнення носить назву міжмолекулярною сили. Всередині рідини молекули перебувають у постійному русі, притягуються одне іншому в різні сторони.
Цікаво: чи Правда, що лід з морської води прісний?
Краплі води на аркуші утримуються завдяки поверхневому натягненню
Однак на межі вода-повітря молекули спрямовуються лише «всередину» краплі, у протилежний від повітря бік. Молекули, що знаходяться в самому верху краплі, ще сильніше притягуються один до одного. Утворюються водневі зв’язки, а поверхня краплі стає неймовірно міцною, не даючи їй розтікатися.
Чому не розливається вода, а її струмінь звужується?
Те ж саме відбувається зі струменем води. Вона плавно тече вниз, оскільки в даному випадку молекули притягуються в «центр». Поверхневий натяг утворює свого роду «трубу», за якою струмінь переміщається вниз і не розлітається.
Крім того, вода знаходиться у вільному падінні. Це означає, що вона рухається з певним прискоренням – чим нижче, тим вище швидкість. Вода тече безперервно, тому в будь-якої частини цього потоку в кожен момент часу проходить однаковий обсяг рідини.
До розкриття парашута парашутисти знаходяться у вільному падінні
Але, враховуючи, що внизу швидкість потоку набагато вища, а обсяг води, що надходить колишній, струмінь стає вже. Це відбувається під дією сили тяжіння. Струмінь ніби витягується у вертикальному напрямку. Коли вона звузиться до пари міліметрів в товщину, під дією поверхневого натягу почнуть утворюватися окремі краплі.
Аналогічні процеси будуть відбуватися з краплями води, якщо одну вилити трохи раніше інший. Перша крапля почне прискорюватися швидше. Поступово відстань між нею і другий краплею буде збільшуватися.
Користь поверхневого натягу
Наявність поверхневого натягу несе величезну користь у всьому навколишньому світі. Якщо відомий коефіцієнт для певного чистого складу, то відхилення від даного показника буде вказувати на забруднення речовини. Визначення поверхневого натягу відбувається на молекулярному рівні.
Цікаво: Джерела рентгенівських променів
Важливо воно і для всіх водоймищ на планеті, екосистем. Без цієї сили вода раз змінювала б склад, контактуючи з повітрям. А вона, в свою чергу, є середовищем існування для величезної кількості живих організмів.
Цікавий факт: комахи водомірки – відмінний приклад поверхневого натягу. Завдяки йому вони ковзають по поверхні води. Ноги комахи відштовхують воду і не дають йому потонути.
Водомір
На струмінь води діють сили тяжіння і поверхневого натягу. Однаковий обсяг води безперервно рухається вниз. Внизу струмінь набирає більшу швидкість. З-за того, що кількість води залишається незмінним, звужується сама струмінь. А поверхневий натяг не дає воді розлитися відразу при виході з крана.