1. Объясните, исходя из молекулярно-кинетической теории строения вещества, упругость, текучесть и вязкость жидкости. 2. От чего зависит поверхностное натяжение? 3. Как направлена сила поверхностного натяжения жидкости? 4. Как определить изменение потенциальной энергии поверхностного слоя жидкости при увеличении или уменьшении его площади? 5. Какие явления можно наблюдать на границе жидкости с твёрдым телом? 6. Почему уровень однородной жидкости в различных капиллярных трубках сообщающихся сосудов различный? 7. Выведите формулу, по которой определяется высота поднятия (опускания) жидкости по капилляру.

Упругость, текучесть и вязкость жидкости. Молекулы жидкости расположены близко друг к другу и взаимодействуют силами притяжения и отталкивания. При небольшом изменении расстояний между молекулами возникают силы, стремящиеся восстановить их прежнее взаимное расположение, поэтому жидкость проявляет упругость при изменении объёма. Молекулы могут перемещаться и менять соседей, поэтому жидкость течёт и принимает форму сосуда. При таком перемещении слои жидкости взаимодействуют и тормозят друг друга — это проявление вязкости.

Поверхностное натяжение зависит от рода жидкости и окружающей среды, температуры и наличия примесей. Обычно при повышении температуры оно уменьшается; некоторые примеси, например мыло, также существенно изменяют его.

Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к линии, ограничивающей рассматриваемый участок поверхности, и стремится уменьшить его площадь.

Изменение потенциальной энергии поверхностного слоя пропорционально изменению его площади: \(\Delta E=\alpha\Delta S\), где \(\alpha\) — коэффициент поверхностного натяжения. При увеличении площади энергия возрастает, при уменьшении — убывает.

На границе жидкости с твёрдым телом наблюдаются смачивание и несмачивание. Смачивающая жидкость образует у стенки вогнутый мениск, а несмачивающая — выпуклый. Эти свойства определяются взаимодействием молекул жидкости между собой и взаимодействием молекул жидкости с молекулами твёрдого тела.

В сообщающихся капиллярах радиусы трубок могут быть разными. Высота подъёма или опускания обратно пропорциональна радиусу капилляра, поэтому уровни жидкости в трубках различаются. Для смачивающей жидкости в более узком капилляре подъём выше; для несмачивающей жидкости опускание по модулю больше.

Рассмотрим капилляр радиуса \(r\). Поверхностное натяжение действует по окружности соприкосновения жидкости со стенкой. Вертикальная составляющая этой силы равна \(F_{\text{в}}=2\pi r\alpha\cos\theta\), где \(\theta\) — краевой угол.

Вес поднявшегося столбика жидкости высотой \(h\) равен \(P=\rho g\pi r^2h\). В равновесии вертикальная составляющая силы поверхностного натяжения уравновешивает вес: \(2\pi r\alpha\cos\theta=\rho g\pi r^2h\).

Отсюда \(h=\dfrac{2\alpha\cos\theta}{\rho gr}\). Для полностью смачивающей жидкости \(\theta=0\), поэтому \(h=\dfrac{2\alpha}{\rho gr}\). При несмачивании \(\cos\theta<0\): уровень опускается, а модуль высоты определяется той же формулой с \(|\cos\theta|\).