Взаимное притяжение и отталкивание молекул

Слайд 1. Взаимное притяжение и отталкивание молекул

Тайные силы микромира: почему тела сохраняют форму и не рассыпаются?

Слайд 2. Главная загадка вещества

Мы знаем, что все тела состоят из мельчайших частиц — молекул, а между ними есть пустые промежутки. Но почему тогда железный стержень так трудно разорвать, а воду в стакане — сжать?

Ответ кроется во взаимодействии частиц: они не просто «соседствуют», а активно притягиваются и отталкиваются друг от друга.

Слайд 3. Две силы в одной точке

Между молекулами одновременно действуют две силы: притяжение и отталкивание.

Их баланс зависит от расстояния $r$ между центрами молекул. На графике видно, что при очень малом сближении силы отталкивания резко возрастают, не давая молекулам «слипнуться» в одну точку.

Слайд 4. Когда работает притяжение?

Сила притяжения проявляется только на очень малых расстояниях (порядка $10^{-9}$ м):

Свинцовые цилиндры «слипаются» после зачистки срезов

Капли воды удерживаются на оконном стекле

Склеивание поверхностей материалов

Сварка металлов при нагреве или давлении

Слайд 5. Почему тела не сжимаются?

Если мы попытаемся сжать твердое тело или жидкость, мы столкнемся с силами отталкивания.

Как только молекулы сближаются на расстояние меньше их собственного диаметра, их электронные оболочки начинают сильно отталкиваться. Именно поэтому плотность жидкостей и твердых тел почти не меняется при давлении.

Слайд 6. Битва расстояний

Силы притяжения преобладают над силами отталкивания. Но если разнести молекулы на расстояние более $2$-$3$ их диаметров, взаимодействие практически исчезает. Поэтому газы легко расширяются.

Силы отталкивания становятся намного сильнее сил притяжения. Это мешает молекулам проникать друг в друга. В твердых телах молекулы находятся в равновесии на расстоянии $r_0$.

Слайд 7. Смачивание и несмачивание

Смачивание: молекулы жидкости притягиваются к поверхности сильнее, чем друг к другу.

Несмачивание: молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к поверхности.

Слайд 8. Удивительные факты

Если две металлические плитки отшлифовать до зеркального блеска, они «прирастут» друг к другу намертво.

В вакууме чистые металлы могут свариться сами собой — это называют «холодной сваркой».

Геккон держится на вертикальном стекле благодаря миллионам ворсинок, которые притягиваются к поверхности.

Масло в двигателе создает слой, который не дает молекулам металлов сблизиться и «схватиться».

Слайд 9. Вопросы для обсуждения

Почему два куска сухого мела не срастаются, если их просто прижать друг к другу?

Зачем при склеивании деталей их нужно плотно прижимать на некоторое время?

Почему разбитую стеклянную вазу нельзя починить, просто сложив осколки вместе?

Как водоплавающие птицы (например, утки) выходят сухими из воды после ныряния?

Слайд 10. Главные выводы

Между всеми молекулами действуют силы притяжения и отталкивания.

Эти силы проявляются только на расстояниях, соизмеримых с размерами молекул.

Притяжение удерживает частицы вместе, создавая твердые и жидкие тела.

Отталкивание не позволяет веществу сжиматься до бесконечности.

Явления смачивания и несмачивания — результат борьбы сил притяжения разных молекул.