Досліджуємо залежність сили поверхневого натягу від довжини лінії, що розділяє поверхні рідини і твердого тіла.
Для цього скористаємося установкою, яка складається з чутливого динамометра і кювети з рідиною.
Будемо по черзі прикріплювати до пружини динамометра зволікання різної довжини і вимірювати силу, необхідну для відриву цих зволікань від поверхні рідини.
Досліди показують, що сила поверхневого натягу прямо пропорційна довжині лінії, що розділяє поверхню рідини і стикається з нею тіла.
Результат дослідів може бути виражений рівнянням: F = σ L 0.
L 0 = 2 L. так як плівка має дві поверхні.
Фізична величина, що дорівнює відношенню сили поверхневого натягу до довжини контуру вільної поверхні рідини, називається коефіцієнтом поверхневого натягу рідини.
Щоб отримати одиницю коефіцієнта поверхневого натягу, його треба висловити з формули, яка б показала залежність, встановлену в досвіді, і в отриманий вираз підставити одиниці сили - 1 Н і довжини - 1 м. Отримуємо:
Коефіцієнт поверхневого натягу рідини показує, яка сила поверхневого натягу діє на одиницю довжини контуру вільної поверхні рідини.
Оскільки з боку поверхневого шару рідини на тіла діє сила, і під дією цієї сили вони можуть переміщатися, здійснюючи роботу, то поверхню рідини володіє деякою надлишкової по відношенню до внутрішніх шарів енергією. Спробуємо з'ясувати від чого і як залежить ця енергія.
Візьмемо дротяний прямокутник з однією рухомою поперечиною і опустимо його в мильну воду. Новоутворена на каркасі плівка скорочується і тягне за собою перекладину. Підвісимо до перекладині невеликий грузик, підібравши його так, щоб він зрівноважив силу, тягне поперечину вгору. Після цього злегка збільшимо масу грузика. Площа поверхні плівки починає безперервно зростати. У цьому плані процес розтягування мильної плівки принципово відрізняється від процесу розтягування плівки з гуми. Остання для більшого розтягування вимагає більшої сили.
Якщо під дією сили F рухома перекладина зміститься на відстань x. то буде здійснена робота A. При цьому площа поверхні рідини збільшиться на S = 2 Lx (поверхня двостороння). Таким чином, A
2 Lx. Так як робота дорівнює зміні енергії, то надлишкова енергія поверхневого шару рідини прямо пропорційна площі цього шару: E = σ S.
На основі цієї залежності можна доповнити фізичний зміст коефіцієнта поверхневого натягу.
Він показує, чому дорівнює надлишкова енергія поверхневого шару рідини одиничної площі.
Відповідно, можна отримати одиницю коефіцієнта поверхневого натягу: