Свойства жидкостей
Наличие сил поверхностного натяжения делает поверхность жидкости похожей на упругую растянутую пленку, с той только разницей, что упругие силы в пленке зависят от площади ее поверхности (т. е. от того, как пленка деформирована), а силы поверхностного натяжения не зависят от площади поверхности жидкости.
Некоторые жидкости, как, например, мыльная вода, обладают способностью образовывать тонкие пленки. Всем хорошо известные мыльные пузыри имеют правильную сферическую форму – в этом тоже проявляется действие сил поверхностного натяжения. Если в мыльный раствор опустить проволочную рамку, одна из сторон которой подвижна, то вся она затянется пленкой жидкости (рис. 2).
Рис.2.
Подвижная сторона проволочной рамки в равновесии под действием внешней силы 
и результирующей сил поверхностного натяжения 
.
Силы поверхностного натяжения стремятся сократить поверхность пленки. Для равновесия подвижной стороны рамки к ней нужно приложить внешнюю силу 
. Если под действием силы 
перекладина переместиться на Δx, то будет произведена работа ΔAвнеш = FвнешΔx = ΔEp = σΔS, где ΔS = 2LΔx – приращение площади поверхности обеих сторон мыльной пленки. Так как модули сил и одинаковы, можно записать:
Коэффициент поверхностного натяжения σ может быть определен как модуль силы поверхностного натяжения, действующей на единицу длины линии, ограничивающей поверхность.
Явления на границе жидкости, твёрдого тела и газа
При рассмотрении явлений на границе раздела двух различных сред следует иметь в виду, что поверхностная энергия жидкости или твёрдого тела зависит не только от свойств данной жидкости или твёрдого тела, но и от свойств того вещества, с которым они граничат. Строго говоря, нужно рассматривать суммарную поверхностную энергию α12 двух граничащих друг с другом веществ. Только если одно вещество газообразно, химически не реагирует с другим веществом и мало в нём растворяется, можно говорить просто о поверхностной энергии (или коэффициенте поверхностного натяжения) второго жидкого или твёрдого тела.
Если граничат друг с другом сразу три вещества: твёрдое, жидкое и газообразное (рис.3), то вся система принимает конфигурацию, соответствующую минимуму суммарной энергии (поверхностной, в поле сил тяжести и т.п.). В частности, контур, по которому граничат в се три вещества, располагается на поверхности твёрдого тела таким образом, чтобы сумма проекций всех приложенных к каждому элементу контура сил поверхностного натяжения на направление, в котором элемент контура может перемещаться (т.е. на направление касательной к поверхности твёрдого тела), была равна нулю.
рис. 3
Из рис.3 следует, что условие равновесия элемента контура ∆l запишется следубщим образом:
∆lαт,г=∆lαт,ж+∆lαж,гcos ύ (1)
где αт,г, αт,ж и αж,г – коэффициенты поверхностного натяжения на границах: твёрдое тело-газ, твёрдое тело-жидкость и жидкость-газ.
Отсчитываемы в нутрии жидкости угол ύ между касательными к поверхности твёрдого тела и к поверхности жидкости называется краевым углом. В соответствии с (1)
cos ύ= (αт,г- αт,ж)/ αж,г (2)
Краевой угол определяется выражением (2) только при условии, что
(|αт,г - αт,ж|)/ αж,г≤ 1 (3)
Если это условие не выполняется, т.е. |αт,г - αт,ж|>αж,г, ни при каком значении ύ не может установиться равновесие. Это имеет место в двух случаях:
1) αт,г>αт,ж+αж,г. Как бы ни был мал угол ύ, сила αт,г перевешивает две другие. В этом случае жидкость неограниченно растекается по поверхности твёрдого тела – имеет место полное смачивание. Замена поверхности твёрдое толе – газ двумя поверхностями, твёрдое тело-жидкость и жидкость-газ, оказывается энергетически выгодной. При полном смачивании краевой угол равен нулю
2) αт,ж>αт,г+αж,г. Как бы ни был угол ύ близок к π, сила αт,ж перевешивает две другие. В этом случае поверхность, по которой жидкость граничит с твёрдым телом, стягивается в точку, жидкость отделяется от твёрдой поверхности – имеет место полное не смачивание. Замена поверхности твёрдое тело-жидкость двумя поверхностями, твёрдое тело-газ и жидкость-газ, оказывается энергетически выгодной. При полном несмачивании краевой угол равен π.
При соблюдении условия (3) краевой угол может оказаться острым или тупым в зависимости от соотношения между αт,г и αт,ж. Если αт,г больше, чем αт,ж, то cos ύ>0 и угол ύ – острый. В этом случае имеет место частичное смачивание. Если αт,г, меньше чем αт,ж, то cos ύ<0 и угол ύ – тупой. В этом случае имеет место частичное несмачивание. Капиллярные явления.
Форма которую принимает свободная поверхность жидкости, зависит от сил поверхностного натяжения, от взаимодействия с ограничивающими поверхность твёрдыми стенками, а так же от силы земного тяготения, действующей на жидкость. Особыми оказываются условия равновесия на линии разреза жидкость - газ - твёрдая стенка (рис. 4) в тонких плёнках и в узких сосудах – капиллярах.
Рис. 4