"Физика (в 2 частях)", Генденштейн Л.Э., Булатова А.А., Корнильев И.Н., Кошкина А.В.; под ред. Орлова В.А.
Жидкость — одно из агрегатных состояний вещества. Её частицы расположены близко, поэтому жидкость сохраняет почти постоянный объём, но могут перемещаться друг относительно друга, поэтому собственной формы у неё нет. Жидкость принимает форму сосуда, растекается и переливается. В покое она имеет свободную поверхность, обычно горизонтальную. Понимание этих свойств помогает объяснить работу водопровода, сосудов, гидравлических устройств и поведение воды в природе.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Жидкость — агрегатное состояние вещества, при котором частицы расположены близко, но могут перемещаться друг относительно друга. Поэтому жидкость сохраняет объём, но не удерживает определённую форму. К жидкостям относятся вода, масло, спирт и многие другие вещества.
Текучесть — способность жидкости изменять форму и растекаться под действием силы тяжести или внешнего воздействия. Благодаря текучести вода переливается из одного сосуда в другой и может течь по трубам. Это свойство отличает жидкость от твёрдого тела.
Свободная поверхность жидкости — поверхность, отделяющая жидкость от окружающего газа. Например, верхний слой воды в стакане граничит с воздухом. По этой поверхности можно определить уровень жидкости.
Несжимаемость жидкости — свойство сохранять почти постоянный объём при изменении давления. Частицы уже находятся близко, поэтому сблизить их дополнительно трудно. Это свойство используют, например, в гидравлических устройствах.
Частицы жидкости расположены близко, потому что между ними действуют силы притяжения. Эти силы не дают веществу разлететься, как газу, но и не закрепляют каждую частицу в одном месте. Поэтому частицы сохраняют тесное соседство, одновременно совершая непрерывное беспорядочное движение.
Частицы могут перемещаться, потому что их связи не такие жёсткие, как в твёрдом теле. При движении частицы меняются местами, и слои жидкости скользят друг относительно друга. Поэтому жидкость течёт, растекается и не имеет собственной формы.
Объём жидкости сохраняется благодаря близкому расположению частиц и их взаимодействию. При переливании частицы перемещаются в новое положение, но расстояния между ними меняются очень мало. Поэтому сосуд задаёт жидкости форму, а не количество занимаемого вещества.
На каждую частицу жидкости действует сила тяжести, направленная вниз. В покоящейся жидкости частицы перераспределяются так, чтобы не возникало движения в сторону. Поэтому свободная поверхность устанавливается перпендикулярно направлению силы тяжести и в обычных условиях становится горизонтальной.
Сжать жидкость трудно, потому что промежутки между её частицами малы. При обычном давлении дополнительное сближение почти невозможно, поэтому объём считают постоянным. Однако при очень большом давлении он может немного уменьшиться, так что правильнее говорить о практической, а не абсолютной несжимаемости.
| Свойство | Наблюдаемое проявление | Объяснение с точки зрения строения вещества |
|---|---|---|
| Сохраняет почти постоянный объём | При переливании количество воды и её объём почти не меняются | Частицы расположены близко и силы взаимодействия не позволяют им заметно разойтись |
| Не имеет собственной формы | Принимает форму стакана, бутылки или другого сосуда | Частицы могут перемещаться и менять положение относительно друг друга |
| Обладает текучестью | Растекается, льётся и заполняет нижнюю часть сосуда | Слои частиц могут скользить и перемещаться под действием сил |
| Имеет свободную поверхность | В открытом сосуде видна граница жидкости и воздуха | Жидкость занимает только свой объём, а не всё доступное пространство |
| Практически несжимаема | Давление слабо изменяет объём жидкости | Между близко расположенными частицами остаются очень маленькие промежутки |
Таблицу удобно читать по строкам: сначала назвать наблюдаемое свойство, затем найти его проявление и объяснение. Последний столбец связывает опыт с движением и расположением частиц. Так легче отличать внешнее описание жидкости от причины этого явления.
Условие. Объясните, почему вода принимает форму стакана, но её объём при переливании практически не изменяется. Нужно отдельно рассмотреть форму и объём, поскольку это разные свойства жидкости. Наблюдение проводят, переливая воду из одного сосуда в другой.
Ответ: вода принимает форму стакана благодаря подвижности частиц, а её объём сохраняется почти постоянным благодаря их близкому расположению.
Условие. Нужно выбрать наблюдение, которое доказывает текучесть жидкости: вода растекается по столу, занимает весь объём закрытой бутылки или сохраняет объём при переливании. Каждое утверждение связано с каким-либо свойством вещества. Поэтому сначала определим, какое действие описано в каждом варианте.
Ответ: текучесть доказывает наблюдение «вода растекается по столу».
Условие. Предложите опыт, показывающий, что покоящаяся жидкость имеет горизонтальную свободную поверхность. Можно налить воду в прозрачный стакан или широкую ёмкость и поставить её неподвижно на ровную поверхность. Затем положение поверхности сравнивают с горизонтальным краем сосуда или уровнем рядом расположенного предмета.
Ответ: свободная поверхность покоящейся воды устанавливается горизонтально; это результат действия силы тяжести и равновесия жидкости.
Ошибка: считать, что жидкость не имеет объёма, потому что не сохраняет форму. Так происходит из-за смешения двух разных свойств. Проверьте себя: если перелить воду в другой сосуд, её форма изменится, а количество и объём останутся почти теми же.
Ошибка: называть жидкость газом, поскольку она принимает форму сосуда. Жидкость действительно меняет форму, но не заполняет весь доступный объём. Налейте воду в частично заполненную бутылку: над водой останется пространство, тогда как газ занял бы всю бутылку.
Ошибка: утверждать, что частицы жидкости неподвижны. Частицы постоянно движутся и перемещаются относительно друг друга, иначе жидкость не могла бы течь. Проверка проста: вспомните, что слои воды при переливании меняют положение.
Ошибка: понимать несжимаемость как абсолютную невозможность изменить объём. При очень большом давлении объём жидкости немного меняется, поэтому используется слово «практически». Спросите себя, идёт ли речь об обычных условиях или о предельно сильном давлении.
До изучения жидкостей нужно знать строение вещества, движение и взаимодействие частиц, а также три агрегатных состояния. Эти представления объясняют, почему жидкости занимают промежуточное положение между твёрдыми телами и газами.
Дальше свойства жидкостей понадобятся при изучении давления жидкости, сообщающихся сосудов, закона Паскаля и гидравлических машин. Связь между близким расположением частиц и передачей давления поможет понять работу этих устройств.
В жизни свойства жидкостей объясняют работу водопровода, поведение воды в сосудах и применение жидкостей в технических системах. Текучесть позволяет перемещать жидкости по трубам, а малая сжимаемость — передавать усилие.
Почему жидкость сохраняет объём, но не сохраняет форму?
Частицы жидкости расположены близко, поэтому их трудно сблизить ещё сильнее и объём меняется мало. Но частицы могут перемещаться друг относительно друга, поэтому жидкость не удерживает определённую форму и принимает форму сосуда.
Чем движение частиц жидкости отличается от движения частиц твёрдого тела?
В твёрдом теле частицы в основном колеблются около закреплённых положений. В жидкости частицы тоже непрерывно движутся, но могут менять соседей и перемещаться по всему объёму.
Почему вода не заполняет весь объём закрытой бутылки, как газ?
Частицы воды находятся близко и удерживаются силами взаимодействия, поэтому вода сохраняет свой объём. Газ легко расширяется, потому что его частицы расположены далеко друг от друга.
Всегда ли свободная поверхность жидкости горизонтальна?
В покоящейся жидкости, на которую действует только сила тяжести, свободная поверхность горизонтальна. При ускорении сосуда, наклоне или других воздействиях она может наклоняться или принимать другую форму.
Можно ли сжать жидкость и почему её называют практически несжимаемой?
Сжать жидкость полностью невозможно: при очень большом давлении её объём всё же немного изменяется. В обычных условиях это изменение настолько мало, что жидкость считают практически несжимаемой.
2. Жидкости
