§ 256. Капиллярные явления.

В жизни мы часто имеем дело с телами, пронизанными множеством мелких каналов (бумага, пряжа, кожа, различные строительные материалы, почва, дерево). Приходя в соприкосновение с водой или другими жидкостями, такие тела очень часто впитывают их в себя. На этом основано действие полотенца при вытирании рук, действие фитиля в керосиновой лампе и т. д.

Очень часто жидкость, впитываясь в пористое тело, поднимается вверх; например, поднимаются  вверх чернила, впитывающиеся в промокательную бумагу (рис. 424). Подобные явления можно также наблюдать в очень узких стеклянных трубках (рис. 425). Узкие трубки называются капиллярными (от латинского слова capillaris — волосной).

Рис. 424. Чернила, впитываясь в промокательную бумагу, поднимаются вверх

Рис. 425. В узких стеклянных вода стоит выше, чем в широком сосуде

Опустим такую трубку в жидкость. Если жидкость смачивает стенки трубки, то она поднимается по стенкам трубки над уровнем жидкости в сосуде и притом тем выше, чем уже трубка (рис. 425). Если жидкость не смачивает стенки, то, наоборот, уровень жидкости в узкой трубке устанавливается ниже, чем в широкой (рис. 426).

Как объясняются описанные явления? В § 253 мы видели, что поверхность жидкости около стенки изгибается вверх или вниз в зависимости от того, смачивает она стенку или нет. В узкой трубке края жидкости образуют всю поверхность жидкости так, что поверхность имеет вид, напоминающий полусферу (так называемый мениск), в случае смачивающих жидкостей обращенную вверх вогнутостью, а в случае несмачивающих — вверх выпуклостью (рис. 427). Наличие кривой поверхности жидкости связано с наличием разности давлений (§255): под вогнутым мениском давление жидкости меньше, чём под плоским, и это ведет к тому, что в случае вогнутого мениска жидкость поднимается до тех пор, пока гидростатическое давление не компенсирует разность давлений; под выпуклым мениском давление больше, чем под плоским, и это ведет к опусканию жидкости в узких трубках.

Рис. 426. Уровень ртути в узкой трубке ниже, чем в широкой

Рис. 427. Форма мениска: а) смачивающей жидкости; б) несмачивающей жидкости

Таким образом, в узкой трубке смачивающая жидкость устанавливается выше уровня в широкой трубке, а несмачивающая устанавливается ниже уровня в широкой трубке. Высота поднятия жидкости в капиллярной трубке тем больше, чем больше поверхностное натяжение жидкости и чем меньше радиус трубки и плотность жидкости. Это положение можно отнести и к твердым материалам, пронизанным тонкими каналами неправильной формы. Если материал смачивается водой, то она втягивается в него на тем большую высоту, чем уже каналы.

256.1. Положите в воду кусок мела. Из него во всех направлениях начнут выходить пузырьки. Объясните явление.

256.2. Если сложить две стеклянные пластинки так, чтобы с одной стороны их края сходились вплотную, а с другой — были разделены тонкой палочкой, и опустить их в воду, то вода между пластинками поднимется (рис. 428). Чем это объяснить?

256.3.На рис. 429 изображено устройство для стекания влаги, образующейся зимой па подоконниках. Почему вода стекает по узкой полоске тряпки прямо в бутылку?

Рис. 428. К упражнению 256.2

Рис. 429. К упражнению 256.3

256.4.Если одну и ту же капиллярную трубку опустить один раз в холодную, а другой раз в горячую воду, то во втором случае высота поднятия воды меньше. Как это объяснить?

256.5. Стеклянные трубки, форма которых показана на рис. 430, полностью погружают в воду, а затем медленно поднимают. Левая трубка состоит из тонкого капилляра , к которому припаяна широкая трубка ; правая трубка представляет собой изогнутый капилляр . Что будет наблюдаться при вытягивании трубок из воды?

Рис. 430. К упражнению 256.5

256.6. В воду погружены две стеклянные капиллярные трубки одного и того же диаметра, имеющие форму, изображенную на рис. 431. Высота поднятия воды в прямой трубке выше вершины изогнутой трубки. Не будет ли из изогнутой трубки непрерывно течь вода, т. е. не будет ли такая трубка служить вечным двигателем? В чем ошибка такого предположения?

Рис. 431. К упражнению 256.6

256.7. Разломите кусок мела и прикоснитесь к свежему излому языком. Почему язык «прилипает» к мелу?