Броуновское движение: как и почему оно происходит?
Одно из основополагающих понятий физики — это броуновское движение. Долгое время оно оставалось необъяснимым и вызывало удивление у ученых. Броуновское движение легко заметить даже без специализированной аппаратуры, наблюдая за окружающей средой невооруженным глазом или в простой микроскоп.
Само явление было замечено в 1827 году физиком Робертом Броуном — и поэтому получило такое название. А вот объяснение броуновскому движению было найдено лишь почти через 100 лет.
Броуновское движение — как оно выглядит?
Феномен был открыт практически случайно — и не физиком, а ботаником. Рассматривая в микроскоп цветочную пыльцу, погруженную в жидкость, натуралист Роберт Броун обратил внимание, что частицы этой пыльцы непрерывно движутся без какой-либо системы. И объяснения этому движению не находилось, поскольку внешне сама вода пребывала в состоянии покоя, и на частицы пыльцы не оказывалось никакого воздействия.
Роберт Броун зафиксировал свое открытие, впоследствии оно было изучено другими учеными. Выяснилось, что аналогичным образом, будучи помещенными в жидкость или газ, ведут себя любые очень малые частицы.
В чем суть явления?
Объяснение феномену нашли в начале 20-го века физики Смолуховский и Эйнштейн. Было установлено, что броуновское движение частиц обусловлено непрекращающимся движением молекул самой среды, в которую помещены эти частицы.
Иными словами, если поместить в спокойную на первый взгляд жидкость частички пыльцы, то они будут постоянно двигаться и менять траекторию, поскольку на самом деле непрерывно движутся молекулы воды. Причина этого движения молекул — тепловая, пока среда имеет хоть какую-то температуру, ее молекулы никогда не остановятся полностью. При низких температурах движение замедляется, при высоких — становится быстрее.
Движение молекул газа или жидкости — хаотическое, не подчиненное никакой системе. Поэтому и частицы передвигаются также беспорядочно — молекулы ударяют их с разных сторон, частицы постоянно меняют траекторию и скорость.
Логично, что чем меньше при этом частицы — тем большее воздействие на них оказывают колебания молекул среды. И чем больше частицы — тем менее заметен на них эффект броуновского движения. Однако так или иначе феномен проявляется всегда, поскольку температур, при которых останавливалось бы движение молекул, в земных условиях не существует.