Proprietatile speciale ale lichidelor (incompresibilitatea sau volumul propriu si forma

sferica in absenta campului gravitational) sunt consecinte ale fortelor de interactiune dintre molecule. Moleculele de la suprafata libera a lichidului, fiind supuse unor forte din interior se comporta ca o membrana elastica comprimand lichidul.

       Forma sferica a lichidelor in stare de imponderabilitate se datoreaza mleculelor din suprafata libera care determina forma ce corespunde suprafetei minime. Se satisface astfel tendinta oricarui sistem de a avea energie minima , stiind  ca 

Existenta fortelor de interactie intre moleculele unui lichid (care conduc la aparitia coeziunii lichidului), cum si intre moleculele lichidului si cele care alcatuiesc peretii recipientului care-l contine (care conduc la adeziunea dintre lichid si solid), face ca, in anumite conditii, suprafata libera a unui lichid sa nu mai fie un plan orizontal. Dat fiind ca fortele de interactie se fac simtite pana la distante egale cu raza sferei de actiune moleculara, conduce la faptul ca suprafetele care marginesc o masa de lichid nu sunt suprafete in sensul geometric, ci straturi superficiale avand o grosime finita.

       Fie un lichid in echilibru intr-un recipient. Asupra unei molecule m1 din interiorul lichidului se exercita forte din partea tuturor moleculelor aflate in sfera de actiune moleculara

cu centrul in m1. Aceste molecule fiind, in medie, distribuite uniform in interiorul acelei sfere, rezultanta interactiilor dintre ele si m1 este nula. Situatia se schimba in cazul unei molecule m2 situata destul de aproape de suprafata lichidului ca sfera de actiune moleculara, de raza R, cu centrul in m2 sa se gaseasca, partial, deasupra lichidului, intr-o regiune in care moleculele in gaz sunt mult mai rare decat mileculele in lichid.(fig. 1). '

Rezultanta actiunilor intermoleculare, asupra moleculei m2, este o forta F indreptata spre interiorul lichidului normal pe suprafata libera a acestuia. Moleculele aflate sub suprafata lichidului pana la o anumita adancime egala cu a (distanta de la punctul m2 la suprafata lichidului) constituie stratul superficial. Moleculele din stratul superficial au, in raport cu cele din interiorul lichdului, o energie potentiala suplimentara, corespunzatoare fortei F. Prin urmare, la suprafata lichidului apare o bariera de potential care cauta sa mentina moleculele in interiorul lichidului. Astfel, moleculele stratului superficial exercita o presiune asupra celor din interiorul lichidului, numita presiune interna, evaluata la mii sau chiar zeci de mii de atmosfere. De exemplu, stratul superficial al apei, cu grosimea de cel mult 5x10-7 m, exercita o presiune interna de aproximativ 11.000 atm. 

       Moleculele din patura superficiala interactioneaza prin forte intermoleculare tangente la suprafata lichidului. Datorita acestora, patura superficiala se comporta ca o membrana subtire, elastica, intinsa peste moleculele lichidului. Pozitia de echlibru coresponzand minimului energiei potentiale, lichidul cauta sa ia astfel o suprafata libera care sa realizeze acest minim, in conditile in care se gaseste el. In lipsa unor campuri de forte exterioare, cum ar fi de exemplu, campul de gravitatie, suprafata minima este aceea unei sfere. O picatura de lichid in suspensie intr-un alt lichid cu aceeasi densitate, cu care nu este miscibil, este sferica. In campul de garvitatie forma suprafetei minime este mai complicata. Ea realizeaza minimul sunei energiei potentiale in campul de gravitatie si al energiei potentiale superficiale.

       Orice crestere a suprafetei este aria minima compatibila cu conditiile date (la volum de lichid dat) necesita exercitarea unor forte externe care sa aduca molecule din volumul de lichid, impotriva fortelor indreptate spre interiorul lichidului, in stratul superficial, efectuandu-se lucru mecanic impotriva acestor forte.

       Se numeste tensiune superficiala sau constanta capilara a unui lichid o marime ? egala cu raportul dintre lucrul mecanic W necesar pentru a mari aria suprafetei libere cu ?S si acel ?S.

       Experimentele dovedesc faptul ca asupra oricarui contur cuprins in membrana superficiala actioneaza forte perpendiculare pe contur in fiecare punct al acestuia, care tind sa micsoreze aria suprafetei membranei cuprinse intre contur si cadru, numite forte de tensiune superficiala. Fortele de tensiune superficiala apar ca rezultat macroscopic al fortelor de interactiune dintre moleculele lichidului. Intensitatea lor depinde de temperatura si de natura lichidului. Marimea fizica ce caracterizeaza lichidul din acest punct de vedere este coeficientul de tensiune superficiala.

       

       Fenomene capilare. Fenomenele capilare reprezinta un ansamblu de fenomene datorate fortelor de interactie dintre un lichid si un corp solid si care conduc la abaterea, de la

forma de plan orizontal, a suprafetei libere a lichidului.

     a) Tuburi cilindrice. Cand in lichidul dintr-un vas se introduce un tub, de exemplu cu sectiune circulara (figura alaturata), dar cu dimensiuni transversale destul de mici ca suprafata lichidului din tub sa aiba forma unui menisc, se constata ca, daca meniscul este concav, deci daca lichidul uda peretii tubului, el se ridica in tub fata de nivelul din vas. Formula lui Jurin (h = 2?cos?/ r?g) arata ca, in conditii egale (de exemplu la aceeasi temperatura), inaltimile medii cu care un lichid urca in tuburi de diametru mic, verticale, sunt invers proportionale cu razele tuburilor.

Formula lui Jurin poate fi folosita si in cazul lichidelor care nu uda peretii tubilor, h fiind, in acest caz, inaltimea cu care coboara un lichid, in tub, in raport cu nivelul lichidului in vasul in care este introdus tubul.

     b) Placi plane verticale. Fie (fig.5) doua placi verticale paralele L1 si L2, departate una de alta la distanta d si introduse intr-un vas care contine un lichid ce uda materialul din care sunt alcatuite. Daca d este mic, lichidul se ridica intre placi, suprafata libera a lichidului avand forma unui menisc cilindric cu generatoare orizontale. Daca placile formeaza un unghi diedru ? (fig. 6), lichidul urca, deci, intre placi astfel incat curba de contact lichid-placa este o hiperbola.