пове́рхностное натяже́ние — термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объём системы и потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными.
поверхностное натяжение имеет двойной смысл — энергетический (термодинамический) и силовой (механический). энергетическое (термодинамическое) определение: поверхностное натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры. силовое (механическое) определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости[1].
сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. коэффициент пропорциональности {\displaystyle \gamma } — сила, приходящаяся на единицу длины контура — называется коэффициентом поверхностного натяжения. он измеряется в ньютонах на метр. но более правильно дать определение поверхностному натяжению, как энергии (дж) на разрыв единицы поверхности (м²). в этом случае появляется ясный смысл понятия поверхностного натяжения.
в 1983 году было доказано теоретически и подтверждено данными из справочников (посмотреть статью: журнал . 1983, № 10, с. 2528—2530), что понятие поверхностного натяжения жидкости однозначно является частью понятия внутренней энергии (хотя и специфической: для симметричных молекул близких по форме к шарообразным). в этой журнальной статье формулы позволяют для некоторых веществ теоретически рассчитывать значения поверхностного натяжения жидкости по другим - свойствам, например, по теплоте парообразования или по внутренней
в 1985 году аналогичный взгляд на природу поверхностного натяжения как части внутренней энергии при решении другой был опубликован в. вайскопфом (victor frederick weisskopf) в сша[4].
поверхностное натяжение может быть на границе газообразных, жидких и твёрдых тел. обычно имеется в виду поверхностное натяжение жидких тел на границе «жидкость — газ». в случае жидкой поверхности раздела поверхностное натяжение правомерно также рассматривать как силу, действующую на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданных объёмах фаз.
в общем случае прибор для измерения поверхностного натяжения называется тензиометр.
так как появление поверхности жидкости требует совершения работы, каждая среда «стремится» уменьшить площадь своей поверхности:
в невесомости капля принимает сферическую форму (сфера имеет наименьшую площадь поверхности среди всех тел одинакового объёма). то же самое происходит с каплей жидкости, помещаемой внутрь другой, несмешивающейся жидкости той же плотности (опыт плато).
струя воды «сливается» в цилиндр, который затем разбивается на шаровидные капли.
маленькие объекты с плотностью, большей плотности жидкости, способны «плавать» на поверхности жидкости, так как сила тяготения оказывается уравновешенной силой поверхностного натяжения.
некоторые насекомые (например, водомерки) способны передвигаться по воде, удерживаясь на её поверхности за счёт сил поверхностного натяжения.
на многих поверхностях, именуемых несмачиваемыми, вода (или другая жидкость) собирается в капли.
Все знают самого быстрого человека на Земле — его зовут Флэш. Но если вернуться в реальность и представить, что люди могут бегать на таких невероятных скоростях, с какой скоростью нужно бежать человеку, чтобы его охватило пламя?
1. Атмосферное давление
На высоких скоростях большую часть теплоты производит не трение с воздухом, а давление. Как и в случае с кораблем, плывущим по поверхности воды, быстро движущееся тело точно так же проталкивает «волну» воздуха. Молекулам воздуха некуда деться и они врезаются в тело, а затем другие молекулы врезаются в них и в итоге — нагреваются.
2. Сверхзвук
Если вы все же решились провести этот чудесный эксперимент, то самым лучшим местом будет максимально длинное побережье моря. Плотность воздуха на уровне моря намного выше, следовательно там больше молекул воздуха, которые можно нагреть. Обычно, тела кремируют при температуре 1500°С и исследования NASA показывают, что для достижения такой температуры, нужно бежать на скорости в 5 Махов (6000 км/ч).
3. Оденьтесь потеплее
Однако, 1500°С — это температура, при которой пламя охватит ваше тело, в то время как ваша одежда загорится задолго до достижения такой температуры. Например, изделия из нейлона загорятся при температуре 500°С, а изделиям из шерсти потребуется всего 230°С. Это означает, что при желании вы можете загореться даже на скорости 2500 км/ч. Разве это не удивительно?
