Сила поверхностного натяжения

С поверхностью жидкости связана свободная энергия:



где

• σ — коэффициент поверхностного натяжения,
• S — полная площадь поверхности жидкости.

Так как свободная энергия изолированной системы стремится к минимуму, то жидкость (в отсутствие внешних полей) стремится принять форму, имеющую минимальную площадь поверхности. Как известно — такая форма шара — форма шара. Именно поэтому в невесомости жидкость пытается объединиться в большие капли сферической формы.

Поверхность мыльной пленки

В представленном опыте мыльная пленка натянута на плоский проволочный контур, площадь которого фиксирована. На пленку кладется петля из ниток, у которой наоборот фиксирован периметр. После того, как нитка положена на поверхность пленки, её площадь делится на два слагаемых: внутри петли и снаружи от нее. До тех пор пока мыльная пленка существует и внутри и снаружи петельки, суммарная энергия пропорциональна сумме этих площадей и не зависит от формы петельки. Поэтому та принимает произвольную форму, отличную от формы круга.

Если проткнуть внутреннюю часть пленки иголкой, то оставшаяся пленка будет стремиться минимизировать свою площадь. Это возможно, когда площадь без пленки внутри петельки максимальна. Максимальной площадью при фиксированном периметре обладает круг. Именно эту форму и стремится принять петелька. Что и наблюдается в представленном опыте. При этом можно видеть, что окружность нитки, охватывающая пространство без мыльной пленки может свободно перемещаться внутри проволочной рамки. Это перемещение свободно опять же потому, что площадь оставшейся мыльной поверхности не зависит от положения петельки.

• Авторы и исполнители: Филимонов Николай, Шершнева Дарья, 10 а класс, Аничков лицей, Санкт-Петербург 2011

---



   Энергия поверхностного натяжения равна произведению коэффициента поверхностного натяжения и площади поверхности

---