Тиск Лапласа під викривленою поверхнею рідини

Форма поверхні рідини, налитої в посудину, визначається трьома факторами: силами взаємодії між молекулами рідини, силами взаємодії між молекулами рідини і молекулами, що входять до складу стінок посудини, і дією сили тяжіння.
Якщо достатньо велику кількість рідини налито в широкий посудину, то рідина внаслідок переважаючого дії сили тяжіння в цьому випадку має плоску горизонтальну поверхню. Однак безпосередньо біля стінок посудини поверхню рідини кілька викривлена. Якщо молекули рідини, дотичні зі стінкою судини, взаємодіють з молекулами твердого тіла сильніше, ніж між собою, в цьому випадку рідина прагне збільшити площу зіткнення з твердим тілом. При цьому поверхня рідини згинається вниз і кажуть, що вона змочує стінки посудини, в якому знаходиться.
Якщо ж молекули рідини взаємодіють між собою сильніше, ніж з молекулами стінок посудини, то рідина прагне скоротити площу зіткнення з твердим тілом, її поверхня викривляється вгору, має місце незмочування рідиною стінок посудини.

У вузьких трубочках, діаметр яких становить частки міліметра, викривлені краю рідини охоплюють весь поверхневий шар, і вся поверхня рідини в таких трубочках має вигляд, що нагадує півсферу. Це так званий меніск. Він може бути увігнутим, як на рис. 6.13а, у разі змочування, і опуклим, як на рис. 6.13б, при несмачіванія. Радіус кривизни поверхні рідини при цьому того ж порядку, що і радіус трубки. Явища змочування і несмачіванія характеризуються крайовим кутом θ між змоченою поверхнею твердого тіла і меніском в точках їх зіткнення (рис. 6.13а, б).
Наявність сил поверхневого натягу і кривизни поверхні рідини в капілярної трубочці відповідально за додатковий тиск під викривленою поверхнею, зване тиском Лапласа.

Радіуси кривизни, що входять в останню формулу, є алгебраїчними величинами. Якщо центр кривизни нормального перетину меніска знаходиться під його поверхнею, то відповідний радіус кривизни є позитивною величиною (рис. 6.15а). У випадку, коли центр кривизни знаходиться над поверхнею меніска, R – негативно (рис. 6.15б). Звідси випливає, що під опуклою поверхнею меніска тиск Лапласа позитивно (воно додається до атмосферного тиску Р0), під увігнутою поверхнею меніска тиск Лапласа негативно (воно менше атмосферного тиску Р0 на величину РЛ). Очевидно, що тиск Лапласа тим більше, чим менше радіус кривизни перетину, тому воно відіграє найважливішу роль в капілярних явищах.

Посилання на основну публікацію