«Все науки делятся на две группы — на физику и коллекционирование марок», — так сказал однажды британский физик Эрнест Резерфорд. Физика — одна из самых удивительных наук, способных объяснить многие процессы, протекающие в окружающем мире. Одной из важных ее составляющих является теория броуновского движения. Это непрерывное и беспорядочное движение частиц и молекул в жидкой или газообразной среде (таково определение броуновского движения). Когда состоялось открытие этого необычного явления? Какие примеры из жизни свидетельствуют о существовании броуновского движения? В чем заключается суть этого процесса? Обо всем по порядку.
Определение
Что такое броуновское движение? Под ним следует понимать процесс беспорядочного движения мелких частиц. Как правило, это движение совершают молекулы в жидкой или газообразной среде. Многим интересно, как объяснить броуновское движение? Почему молекулы не могут двигаться в определенном направлении, а лишь совершают беспорядочные движения? Такое странное явление объясняется столкновением частиц мелких размеров с более крупными. Было установлено, что Броуновское движение не связано с освещением и действием внешнего магнитного поля. В настоящее время причину данного процесса можно выразить всего тремя словами: тепловое движение молекул.
броуновское движение частиц
Как известно, все газы и жидкие вещества имеют в своём составе атомы и молекулы, которые все время находятся в движении. Так, броуновская частица, которая попадает в такую среду, подвергается воздействию со стороны этих молекул. Они её толкают, приводя в движение. Удары молекул о частицу не компенсируют друг друга – вот, в чем заключается причина физического явления, согласно мнению учёных.
Итак, броуновское движение доказывает, что тела действительно состоят из отдельных частиц-молекул, и что молекулы находятся в непрерывном беспорядочном движении.
История открытия
Английский ботаник Роберт Броун является первооткрывателем рассматриваемого нами явления. В честь учёного и было названо Броуновское движение.
В 1827 году исследователь приступил к изучению пыльцы растений. Роберт Броун проводил различные эксперименты. Учёного очень интересовал один вопрос — как пыльца способствует размножению растений? Исследователь наблюдал в микроскоп за движением пыльцы в овощном соке. В результате эксперимента Роберт Броун обнаружил, что мелкие частицы совершают хаотичные извилистые движения.
Результаты, которые получил Броун в ходе исследования, были подтверждены впоследствии и другими учёными. Вскоре было установлено, что с повышением температуры частицы начинают ускоряться. Они также начинают двигаться быстрее, когда уменьшаются в своих размерах. При этом, когда наблюдается существенное увеличение вязкости окружающей среды, частицы начинают двигаться намного медленнее. Такие примеры броуновского движения можно увидеть самостоятельно, повторив эксперимент Броуна.
броуновское движение
Интересно, что вначале Роберт Броун думал, что наблюдает за движением каких-то живых микроорганизмов. И это вовсе не удивительно, ведь пыльца, по сути, является мужскими половыми клетками растений. Однако подобное движение совершают и частицы мёртвых организмов. Двигались даже частицы засушенных цветов в гербариях.
Вскоре Роберт Броун приступил к исследованию неживой материи. Он заметил, что частицы сажи, угля, пыли тоже пребывают в хаотичном движении. Это открытие сильно удивило учёного. На протяжении длительного времени Роберт Броун и его коллеги никак не могли определить истинную причину броуновского движения. К тому же оно было абсолютно беспорядочным, его нельзя было объяснить с точки зрения законов логики.
Во второй половине девятнадцатого столетия немецкий учёный по имени Людвиг Кристиан Винер заявил, что броуновское движение происходит в результате колебательных движений определенных атомов. Винер пытался первым объяснить с научной точки зрения это необычное явление. Исследователь также пытался определить, как скорость движения частиц зависит от их размера.
Спустя определённое время другие учёные продолжили исследования Винера, чтобы выяснить, чем объясняется броуновское движение. Так, физик из Шотландии по имени Уильям Рамзай нашёл причину. Он объяснил, что оно происходит в результате того, что мелкие броуновские частицы сталкиваются с ещё более мелкими. Такие частицы невозможно было обнаружить с помощью обычного микроскопа.
броуновское движение зависит от температуры
Можно сделать вывод, что броуновское движение является неотъемлемой частью атомной теории. Движение, открытое Робертом Броуном, стало неоспоримым доказательством существования мельчайших частиц: атомов и молекул.
Примеры: топ-5 интересных примеров броуновского движения
Давайте выясним, как можно объяснить суть броуновского движения, основываясь на примерах из реальной жизни.
Аромат в воздухе
Возможно, вы замечали, что если открыть флакон с духами в одном углу комнаты или зажечь ароматизированную свечу, то вскоре приятный запах будет чувствоваться по всему помещению. Запах начинает довольно быстро распространяться вследствие того, что пространство между молекулами воздуха занимают молекулы духов. В этом процессе особую роль играют такие физические явления, как диффузия и конвенция. Напомним, что диффузия представляет собой проникновение мелких частиц одного вещества в другое. Диффузия происходит в результате движения молекул. Она и есть пример броуновского движения.
На основе теории броуновского движения были созданы различные освежители воздуха, которыми мы сейчас так любим пользоваться. Так, например, в середине двадцатого столетия американский бренд Airwick создал серию различных ароматов. Принцип его действия прост. Пользователь должен поставить устройство в какой-то части комнаты и выбрать интенсивность распыления. Спустя короткий промежуток времени аромат будет чувствоваться по всей комнате, и даже в коридоре (если дверь оставить открытой). Теперь мы знаем, почему так происходит.
Кипящая вода
В кипящей воде броуновское движение частиц происходит наиболее интенсивно. Так, движение молекул воды наиболее выражено в тот момент, когда вода нагревается, достигая точки кипения. Это связано с тем, что с повышением температуры кинетическая энергия молекул воды значительно повышается. В результате они начинают двигаться намного быстрее. Повышенная температура способствует увеличению энергии молекул воды.
пример броуновского движения
Чернила в воде
Многие ещё в школе проводили такой интересный эксперимент: несколько капель чернил нужно добавить в воду. Помните, что произойдёт в итоге? Правильно, вода в стакане окрасится равномерно в цвет чернил. Здесь также можно наблюдать броуновское движение. Молекулы чернил, которые погружаются в стакан с водой, начнут смешиваться с молекулами воды в результате хаотического теплового движения. Когда молекулы двух веществ полностью смешаются между собой, вода окрасится в равномерный цвет.
Такие примеры броуновского движения можно показать прямо на уроке физики. Опыт все объяснит наглядно.
Движение частиц пыли
Вы наконец-то дождались летнего отпуска. Вот вы собираете чемодан и отправляетесь в путешествие на несколько недель, оставляя квартиру без присмотра. Когда отпуск заканчивается, вы возвращаетесь домой и замечаете большое количество пыли на мебели. Знакомая ситуация, не правда ли? Но казалось бы, как пыль проникает в квартиру? Всё очень просто: частицы пыли в воздухе подвержены беспорядочному броуновскому движению. Это происходит вследствие столкновения частиц пыли с молекулами воздуха. Такая «постоянная бомбардировка» воздействия молекул воздуха на частицы пыли способствует их хаотическому движению.
Вот так явление броуновского движения в физике объясняет грязь в квартире. Теперь вы готовы к серьезному разговору с мамой.
Не будьте похожи на «броуновскую частицу»
Если вы однажды пошли в лес за грибами и вскоре заблудились, то вы наверняка замечали, что периодически возвращались на одно и то же место, пытаясь найти дорогу домой. Почему же так происходит? Дело в том, что человек не ходит кругами. Он совершает движение, напоминающее броуновское. В результате, свой собственный путь он пересекает не один раз. Человек, который заблудился в лесу, лишён чётких ориентиров. Он не понимает, в каком направлении ему нужно двигаться, чтобы добраться домой. В итоге, он становится «броуновской частицей», которая совершает хаотические движения. Однако для того, чтобы благополучно вернуться домой, не стоит уподобляться мельчайшим частицам. Вместо того чтобы совершать бессмысленные движения, лучше чётко осознать свое правильное направление, цель и предназначение. А еще лучше ставить перед собой высокие цели и смело идти к своей мечте. Вот так, обсуждая законы физики, мы постепенно перешли к философским раздумьям. Почему бы и нет?
Броуновское движение вещества — интереснейшая тема. Это открытие особенно важно, так как указывает на существование атомов и молекул. Броуновское движение никогда не прекращается. Оно ведёт к диффузии частиц, смещению их из начальной позиции, колебаниям в движении частиц. Надеемся, что наш материал оказался для вас полезным, и вы узнали много нового из мира физики.
Автор: Виктория Комарова