Международный союз охраны природы

Таким образом, у стенки сосуда в газе образуется слой с ускоренной самодиффузией и разуплотнением молекул. Причем это происходит почти мгновенно, как только газ оказывается у стенки на расстоянии, меньшем длины свободного пробега молекул в нем. Это происходит при увеличении объема сосуда, когда новые глубинные слои подходят к стенке.

Практически смоделировать все эти представления можно на примере игры, в которую мы играли в детстве вместе с ребятишками и называли “вкруговую”. Мы становились в круг, и один водящий оставался внутри (рис. 28, а). Задача была – попасть в водящего мячом, который кидал любой игрок из круга. Мяч можно было перебрасывать от одного игрока к другому, а водящий должен был или увернуться от мяча или поймать его. Водящий старался как можно дальше отскакивать от того игрока, к которому в данный момент перекинули мяч. Поэтому он в течение игры больше всего времени находился в центре круга, так как это было самое оптимальное расстояние, с которого можно было быстрее всего отскочить от игрока с мячом.

Если несколько видоизменить игру (отталкивать водящего от игроков в круге или он сам будет отталкиваться от них), результат будет тот же самый: водящий будет чаще всего находиться в центре.

Во всех этих случаях чем ближе водящий будет находиться к игрокам, тем меньше времени ему понадобится, чтобы дойти до них и оттолкнуться, и тем больше – чтобы вернуться к центру круга. Другими словами, меньше всего времени водящий находится вблизи игроков, а меньшее время пребывания означает увеличение скорости движения от игроков к центру круга.

Рис. 28.Схематическая модель разуплотнения молекул у стенки сосуда (на примере игры с мячом)

а – наиболее выгодное положение водящего (черный кружок) относительно игроков (белые кружки) при игре “вкруговую”; стрелкой показано направление ускоренного смещения от игроков водящего, случайно оказывающихся вблизи них; б – то же, вариант “две цепочки одинаковой плотности“; в – вариант “две цепочки разной плотности”; г – направление смещения (стрелка) каждой молекулы воды, случайно оказывающейся вблизи стенки сосуда, что приводит к созданию разуплотненного поверхностного слоя (разреженные точки) и к снижению концентрации в нем растворенных веществ

Следует обратить внимание, что речь идет не о скорости движения непосредственно самого водящего, т.е. бегом или шагом он перемещается, а о скорости его смещения в круге от периферии к центру за какой-то определенный интервал времени, который можно, например, засечь секундомером. В среднем он за этот интервал быстрее всего смещается от периферии к центру круга и поэтому наиболее частым местом его пребывания является центр круга, как наиболее устойчивая позиция. Благодаря частым случайным отталкиванием водящего от игроков возникает в целом его направленное движение к центру круга.

Если еще видоизменить игру (выстроить игроков в две параллельные цепочки), то наиболее выгодным положением водящего будет линия посредине между этими цепочками (см. рис. 28, б). Если одна из цепочек более редкая (например, часть игроков в шахматном порядке отошла назад), то устойчивое расположение водящего также несколько смещается в эту же сторону, потому что туда смещается среднее расстояние между цепочками (см. рис. 28, в).

Таким образом, в процессе игры водящий стремится занять наиболее устойчивое положение, причем это положение определяется соотношением расстояний от него до игроков. Он занимает позицию на среднем расстоянии между игроками, учитывая также возможность их некоторого рассредоточения с одной из сторон. Появление же водящего в другом месте, например, вблизи более плотной цепочки, создает эффект силового давления на него, заставляющего его перемещаться на безопасное расстояние – в место устойчивого положения.

Эти простые рассуждения приведут нас к важнейшим выводам, если мы применим их к движению молекул воды в ее поверхностном слое, например, у стенки сосуда. Но прежде чем сделать это, необходимо пояснить особенности теплового хаотического движения молекул жидкости вообще. Они, в отличие от газов, располагаются близко друг к другу благодаря действию ван-дер-ваальсовых сил молекулярного притяжения. В то же время соединению молекул препятствуют так называемые короткодействующие силы отталкивания их электронных атомных оболочек. Энергия взаимодействия первых уменьшается пропорционально шестой степени расстояния между молекулами, а вторых – в среднем двенадцатой степени этого расстояния. Это взаимодействие описывается энергетическим потенциалом Леннарда-Джонса:

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56