У изучающих физику, в частности закон Архимеда, может возникнуть диссонанс, если им сказать, что тело, у которого плотность больше, чем у воды, может спокойно плавать в воде и не тонуть. Именно так получается в данном эксперименте. Плотность парафина составляет 0,87 – 0,91 г/см³, поэтому он обязан плавать на поверхности. Однако, с помощью железного сердечника можно его утяжелить таким образом, чтобы средняя плотность парафинового шара (яблока) была выше , чем плотность воды. Т.е. такое тело должно тонуть. И вот тут возникает интересная ситуация: если парафиновый шар аккуратно поместить в воду, то он будет плавать.
Здесь ключевую роль играет гидрофобность. Поверхность парафина не смачивается водой — краевой угол составляет более 90°. Это значит, что вода отталкивается от твердого тела, образуя вогнутый мениск. В первой части опыта эффект поверхностного натяжения воды создает упругую пленку (коэффициент σ ≈ 72 мН/м). Если тело опустить на поверхность, не разрывая эту пленку, возникают силы, векторная сумма которых будет направлена вверх (туда же куда и сила Архимеда). Для гидрофобного тела вода «прогибается» под ним, а сила поверхностного натяжения, действующая по периметру смачивания, компенсирует избыточный вес. Сила поверхностного натяжения действует именно по периметру смачивания (линии трехфазного контакта), а не по всей площади поверхности соприкосновения тела с водой.
📝 Математически это выглядит так:
Fпов = 2πr⋅σ⋅sinθ, где r — радиус шара, θ — краевой угол.При малых размерах шара вклад поверхностных сил становится сравнимым с силой тяжести. Шар висит на водной пленке, как на батуте.
Критическое условие: система находится в метастабильном равновесии. Малейшее касание, толчок или вибрация разрушают мениск. Пленка воды прорывается, жидкость смачивает поверхность (хотя и плохо), и сила плавучести оказывается недостаточной. Шар, средняя плотность которого выше плотности воды, необратимо тонет. Получается, что закон Архимеда не «отменяется», а временно корректируется до первого возмущения. #термодинамика #мкт #science #физика #наука #магнетизм #опыты #physics #эксперименты
💡 Physics.Math.Code // @physics_lib