|
В этом явлении многое нуждается в объяснении. Надо понять, какие капли ползут и какие застывают, приклеившись к стеклу? Почему остается за каплей след? И всегда ли он остается? Прежде чем объяснить, что происходит с дождевой каплей на отвесном оконном стекле, рассмотрим поведение капли на гладкой поверхности твердого тела, которая с горизонтом образует некоторый угол г]з. Если бы на гладкой поверхности располагалась не жидкая капля, а, скажем, твердый кубик, происходило бы следующее. До некоторого значения угла я(з кубик по поверхности не двигался бы, а затем, при дальнейшем увеличении угла, он начал бы скользить по поверхности. Об этом подробно рассказывают в школе на уроках физики, говоря, что на кубик действуют две силы: сила трения и проекция силы тяжести на направление возможного движения кубика по наклонной плоскости. Эти силы действуют в противоположных направлениях, но сила трения не зависит от наклона плоскости, а проекция силы тяжести с увеличением угла наклона растет. И когда угол наклона превзойдет тот, при котором эта проекция станет равной силе трения, кубик начнет скользить по поверхности. Теперь вернемся к капле. Схематически здесь все так же, как в случае твердого кубика: есть сила тяжести, есть и сила, подобная силе трения, только в случае капли эта сила отличается некоторой особенностью, так как капля не скользит, а переливается по поверхности. По наклонной поверхности жидкая капля перемещается, подобно гусенице. В тыльной части капли жидкость отрывается от поверхностней перетекает в лобовую часть. В этом процессе любой участок жидкости, контактирующий с поверхностью, со временем оказывается перед необходимостью оторваться от нее. Сила, которая для этого необходима, и является аналогом силы трения, действующей, когда твердый кубик скользит по твердой поверхности. Чтобы понять, что же происходит на оконном стекле во время дождя, надо определить две конкурирующие силы: проекцию силы тяжести (F 1 ) и силу, необходимую для отрыва жидкости от твердой поверхности (F 2 ) в области тыльной части движущейся капли. Сила F 1 зависящая от угла наклона плоскости по отношению к горизонту ? , равна F 1= mg sin ? (т — масса капли). Происхождение силы F 2 связано с тем, что жидкость и твердое тело, на поверхности которого она находится, притягиваются друг к другу силами молекулярного взаимодействия. Это взаимодействие количественно можно охарактеризовать той энергией, которую необходимо затратить, чтобы отделить жидкость от твердой поверхности по площади контакта 1 см2. До отрыва энергия, связанная с границей жидкость — твердое, равнялась ?жт . После отрыва жидкости от твердого тела образуются две поверхности; одна из них — свободная поверхность жидкости с энергией ?ж , вторая — свободная поверхность твердого тела с энергией ?т . Таким образом, интересующая нас энергия отрыва в расчете на 1 см2 равна ?? = ?т + ?ж —?жт — 56 —
|