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 химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными.
Поверхностное натяжение имеет двойной физический 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 γ {\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 физический смысл понятия поверхностного натяжения.
В 1983 году было доказано теоретически и подтверждено данными из справочников (посмотреть статью: Журнал физической химии. 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). Приведенные в этой журнальной статье формулы позволяют для некоторых веществ теоретически рассчитывать значения поверхностного натяжения жидкости по другим физико-химическим свойствам, например, по теплоте парообразования или по внутренней энергии (подробнее о физической природе поверхностного натяжения жидкости см.соотв. статью на викиучебнике или [2] , [3])
В 1985 году аналогичный взгляд на физическую природу поверхностного натяжения, как части внутренней энергии, при решении другой физической задачи был опубликован В. Вайскопфом (Victor Frederick Weisskopf) в США (V.F.Weisskopf, American Journal of Physics 53 (1985) 19-20.; V.F.Weisskopf, American Journal of Physics 53 (1985) 618—619.).
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.
Объяснение:
Дано:
m₁=1 кг
v₁=6 м/c
m₂=1,5 кг
v₂=2 м/с
Найти: u₁, u₂
Проекция на ось x:
m₁v₁+m₂v₂=m₁u₁+m₂u₂
Закон сохранения энергии:
(m₁v₁²)/2 +(m₂v₂²)/2=(m₁u₁²)/2 +(m₂u₂²)/2
Система уравнений:
m₁(v₁-u₁)=m₂(u₂-v₂)
m₁v₁²+m₂v₂²=m₁u₁²+m₂u₂²; m₁(v₁²-u₁²)=m₂(u₂²-v₂²)
(v₁-u₁)/(v₁²-u₁²)=(u₂-v₂)/(u₂²-v₂²)
(v₁-u₁)/((v₁-u₁)(v₁+u₁))=(u₂-v₂)/((u₂-v₂)(u₂+v₂))
1/(v₁+u₁)=1/(u₂+v₂)
v₁+u₁=u₂+v₂
u₂=v₁+u₁-v₂
m₁v₁+m₂v₂=m₁u₁+m₂(v₁+u₁-v₂)
m₁v₁+m₂v₂=m₁u₁+m₂v₁+m₂u₁-m₂v₂
m₁v₁+m₂v₂-m₂v₁+m₂v₂=m₁u₁+m₂u₁
m₁v₁+m₂(2v₂-v₁)=u₁(m₁+m₂)
Скорость шаров после их абсолютно упругого соударение:
u₁=(m₁v₁+m₂(2v₂-v₁))/(m₁+m₂)=(1·6+1,5(2·2-6))/(1+1,5)=(6-3)/2,5=1,2 м/с
u₂=6+1,2-2=5,2 м/c