Если опустить край сухого бумажного полотенца в стакан с водой, влажное пятно начнёт подниматься выше уровня жидкости. Для этого не нужен насос и не требуется сжимать бумагу. Вода движется по крошечным промежуткам между волокнами благодаря капиллярному действию — сочетанию притяжения молекул к поверхности и друг к другу.
• Ученые нашли новые признаки скрытых камер в гробнице Тутанхамона
Фото:
Santeri Viinamäki / Wikimedia Commons
,
CC BY-SA 4.0
Почему вода поднимается по бумаге, а не остаётся в стакане
Бумажное полотенце состоит из множества переплетённых волокон целлюлозы. Между ними остаются узкие проходы, по которым жидкость может распространяться в разные стороны, в том числе вверх. Поверхность волокон хорошо смачивается водой, поэтому молекулы воды притягиваются к ней и заполняют доступные промежутки.
Притяжение воды к другому материалу называется адгезией. Одновременно действует когезия — взаимное притяжение молекул воды, благодаря которому они удерживаются вместе. Эти силы и поверхностное натяжение позволяют жидкости двигаться внутри пористого материала; такое явление называют капиллярным действием.
Почему вода не поднимается бесконечно
Подъём не означает, что сила тяжести перестаёт действовать. По мере продвижения вверх вес удерживаемой жидкости возрастает, и в какой-то момент капиллярные силы уже не могут поднимать её выше. На результат влияют размеры промежутков между волокнами, свойства поверхности и самой жидкости.
• Почему вес возвращается после похудения: ученые нашли «память» жировой ткани
В узких капиллярах вода при прочих равных может подняться выше, чем в широких. Однако скорость и итоговый объём впитывания зависят не только от размера пор: важны также плотность и строение бумажного слоя. Поэтому два внешне похожих полотенца могут по-разному удерживать пролитую воду.
Как проверить капиллярное действие дома
Для простого опыта достаточно стакана воды и узкой полоски бумажного полотенца. Опустите в воду только нижний край и оставьте остальную часть полоски над стаканом. Постепенно на сухой бумаге появится влажная область, которая будет перемещаться вверх; пищевой краситель помогает сделать границу заметнее.
Такой опыт используется и в учебных материалах NASA: вода проходит через промежутки между волокнами, а адгезия и когезия обеспечивают её движение. Если повторить наблюдение с разными видами бумаги, скорость намокания может отличаться. Для сравнения нужно сохранять одинаковыми длину полосок и глубину погружения.
• Короткие физические нагрузки улучшили память и внимание
Где ещё встречается этот эффект
Капиллярное действие помогает жидкости распространяться по ткани, почве и другим пористым материалам. Похожий механизм можно увидеть, когда чернила растекаются по бумаге или вода поднимается по узким каналам в растительных тканях. При этом движение воды к верхушкам высоких деревьев нельзя объяснить одной капиллярностью: в переносе воды участвуют и другие процессы.
Как поясняет Геологическая служба США (USGS), капиллярное действие связано с адгезией, когезией и поверхностным натяжением. Оно не отменяет гравитацию, а позволяет жидкости перемещаться по достаточно узким каналам, пока действующие силы это допускают. Поэтому обычное бумажное полотенце способно впитать воду даже тогда, когда его сухая часть находится выше поверхности жидкости.
Читайте также:
• ИИ научился находить по речи признаки деменции и ускоренного старения
• Ученые нашли необычный признак болезни Паркинсона в запахе тела
• Кардиолог назвал отеки, одышку и боль при нагрузке признаками проблем с сердцем
