Урок 6. Взаимодействие молекул: притяжение и отталкивание

Физика, 7 класс · Первоначальные сведения о строении вещества · ~45 минут

🎯 Что ты узнаешь

• Почему молекулы одновременно и притягиваются, и отталкиваются
• Почему разбитую чашку нельзя «склеить» обратно, просто прижав осколки
• Что такое смачивание и капиллярность (и почему полотенце впитывает воду)
• Почему твёрдые тела так трудно растянуть и так же трудно сжать

📖 Разбираемся в теме

Представь: ты налил воду в стакан до краёв и осторожно подливаешь ещё чуть-чуть. Вода поднимается над краями маленьким бугорком — и не выливается! Что её держит? Как будто на поверхности натянута невидимая плёнка. Эту «плёнку» создают сами молекулы воды, которые держатся друг за друга. Давай разберёмся, как это работает.

Молекулы притягиваются

В прошлых уроках ты узнал, что вещество состоит из молекул, между которыми есть промежутки. Но молекулы не просто болтаются рядом — они притягиваются друг к другу. Именно поэтому твёрдые тела и жидкости не рассыпаются в пыль и не разлетаются в стороны.

📌 Запомни: между молекулами действуют силы притяжения. Благодаря им вещество держится «в кучке» и не разваливается само по себе.

Но есть важная хитрость: притяжение заметно только тогда, когда молекулы находятся очень-очень близко — на расстоянии, сравнимом с размером самих молекул. Стоит развести их чуть дальше — и притяжение почти пропадает.

⏱ Прикинь сам: возьми два кусочка пластилина и просто положи рядом — не слипнутся. А теперь сильно прижми друг к другу — слиплись! Почему? Потому что при нажатии ты сблизил молекулы настолько, что притяжение «включилось».

Вот почему разбитую чашку нельзя «починить», прижав осколки: поверхности кажутся гладкими, но на самом деле они шершавые, и молекулы двух кусочков не могут подойти достаточно близко друг к другу. А вот хорошо отшлифованные свинцовые бруски, плотно прижатые торцами, реально слипаются — их потом не растащить!

🤔 А знаешь ли ты? Сварка металлов — это, по сути, способ сблизить молекулы двух деталей настолько, чтобы они притянулись и стали единым целым. Для этого металл разогревают почти до плавления.

Молекулы отталкиваются

Если бы молекулы только притягивались, любое тело сжалось бы в точку. Но этого не происходит. Значит, есть и противоположная сила — отталкивание.

Когда молекулы подходят слишком близко, начинает действовать отталкивание, которое не даёт им «слиться». Именно поэтому твёрдое тело очень трудно сжать.

📌 Запомни: между молекулами одновременно действуют и притяжение, и отталкивание. На обычном расстоянии они уравновешены. Сожмёшь тело — усилится отталкивание. Растянешь — усилится притяжение, и тело само стремится вернуться к прежнему размеру.

Почему твёрдые тела трудно и растянуть, и сжать

Теперь понятно главное свойство твёрдых тел.

• Пытаешься растянуть — молекулы удаляются друг от друга, притяжение усиливается и тянет их обратно. Тело сопротивляется растяжению.
• Пытаешься сжать — молекулы сближаются, отталкивание усиливается и расталкивает их назад. Тело сопротивляется сжатию.

Поэтому, например, стальной рельс почти невозможно ни растянуть руками, ни сжать. Молекулы держат «строй».

💡 Интересно: именно из-за этих двух сил тела упругие. Сожми пружину или растяни резинку — отпусти, и она вернётся в прежнюю форму. Это молекулы «возвращают всё на места».

Смачивание и капиллярность

А что, если рядом оказались молекулы разных веществ? Они тоже могут притягиваться!

• Если молекулы жидкости притягиваются к твёрдому телу сильнее, чем друг к другу, жидкость растекается по поверхности. Говорят: жидкость смачивает поверхность. Так вода растекается по чистому стеклу.
• Если жидкость притягивается к себе сильнее, чем к поверхности, она собирается в капельки и не смачивает её. Так капли воды скатываются с жирной тарелки или с листа лотоса.

💡 Интересно: ртуть не смачивает стекло и собирается в блестящие шарики, а вот воду стекло смачивает. Всё дело в том, чьё притяжение сильнее.

Капиллярность — это способность жидкости подниматься (или опускаться) по очень тонким трубочкам — капиллярам. Если жидкость смачивает стенки, она ползёт по узкой трубке вверх, цепляясь за неё молекулами.

🤔 А знаешь ли ты? Полотенце впитывает воду, дерево «пьёт» воду из почвы, а лампадка тянет масло по фитилю — всё это капиллярность! В тканях, древесине и фитиле полно тоненьких каналов-капилляров.

✍️ Разбор задач

Пример 1. Почему два кусочка мела, прижатые друг к другу, не слипаются, а два гладких свинцовых бруска — слипаются?

Решение. Притяжение молекул проявляется только на очень малых расстояниях. Поверхность мела шершавая, молекулы двух кусков не могут подойти достаточно близко. У отшлифованных свинцовых брусков поверхности очень гладкие, молекулы сближаются вплотную — и притяжение «срабатывает».

Ответ: всё дело в расстоянии между молекулами: у мела оно слишком велико.

Пример 2. Почему очень трудно сжать кусок стали, хотя между молекулами есть промежутки?

Решение. При сжатии молекулы сближаются, и между ними резко усиливается отталкивание, которое сопротивляется дальнейшему сближению.

Ответ: мешает сила отталкивания между молекулами.

Пример 3. Капля воды растеклась по чистому стеклу, а на жирной поверхности собралась в шарик. Объясни.

Решение. На чистом стекле молекулы воды притягиваются к стеклу сильнее, чем друг к другу, — вода смачивает стекло и растекается. На жирной поверхности вода притягивается к себе сильнее, чем к жиру, — не смачивает и собирается в каплю.

Ответ: поведение зависит от того, к чему вода притягивается сильнее.

Пример 4. Бумажную салфетку опустили краем в воду — вода поднялась по салфетке вверх. Как это назвать и почему так происходит?

Решение. Это капиллярность. В бумаге множество тончайших каналов-капилляров. Вода смачивает их стенки и поднимается вверх по этим каналам.

Ответ: явление капиллярности.

💡 Запомни главное

• Между молекулами действуют силы притяжения — они удерживают тело от распада.
• Между молекулами действуют и силы отталкивания — они не дают телу сжаться в точку.
• Обе силы заметны только на очень малых расстояниях (порядка размера молекул).
• На обычном расстоянии притяжение и отталкивание уравновешены.
• Растяжение усиливает притяжение, сжатие усиливает отталкивание — поэтому твёрдые тела трудно и растянуть, и сжать, и они упруги.
• Смачивание — жидкость растекается по поверхности (притяжение к телу сильнее). Несмачивание — собирается в капли.
• Капиллярность — подъём жидкости по тончайшим трубочкам-капиллярам.

(В этом уроке формул нет — он про качественные явления. Но понимание сил между молекулами пригодится дальше!)

📝 Домашнее задание

1. Своими словами объясни, почему вещество не рассыпается само по себе на отдельные молекулы.
2. Почему растянутая резинка стремится вернуться в исходное состояние? Какая сила за это отвечает?
3. Почему трудно сжать твёрдое тело? Какая сила мешает?
4. Приведи два примера смачивания и два примера несмачивания из своей жизни.
5. Объясни, как связано «слипание» отшлифованных свинцовых брусков с притяжением молекул.
6. Почему сухое полотенце быстро впитывает воду? Как называется это явление?
7. Почему разбитую тарелку нельзя «склеить», просто плотно прижав осколки?
8. ⭐ Капля масла на воде растекается тончайшей плёнкой. Подумай и объясни, как это можно использовать, чтобы прикинуть размер одной молекулы масла. (Подсказка: представь, что плёнка толщиной в одну молекулу.)