Powierzchnia swobodna - Polski Serwis Naukowy

Powierzchnia swobodna cieczy jest to powierzchnia styku cieczy z próżnią lub płynem (tzn. gazem lub cieczą). Kształt jaki przyjmuje zależy od sił działających na granicy cieczy i dla cieczy nie poddawanej przyspieszeniu jest zawsze prostopadła do siły wypadkowej działającej na ciecz na jej powierzchni.

Kropla – ciało ciekłe – zazwyczaj małej objętości – ograniczone w całości lub większości powierzchnią swobodną. Przykładem są krople deszczu, rosy lub tłuszczu w śmietanie.

Ciecz – stan skupienia materii – pośredni między ciałem stałym a gazem, w którym ciało fizyczne trudno zmienia objętość, a łatwo zmienia kształt. Wskutek tego ciecz przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje, ale w przeciwieństwie do gazu nie rozszerza się, aby wypełnić je całe. Powierzchnia styku cieczy z gazem lub próżnią nazywa się powierzchnią swobodną cieczy.

Powierzchnią swobodną jest górna powierzchnia cieczy w naczyniu, powierzchnia kropli, bańki, strumienia cieczy w gazie.

W warunkach ziemskich powierzchnia swobodna jednorodnej cieczy, w tym powierzchnia styku z powietrzem spoczywającej wody w naczyniach, jeziorach, oceanach, nie poddawana działaniu sił, z dala od styku cieczy z innymi ciałami (poza nieruchomym powietrzem), jest powierzchnią poziomą. Szczególnym przypadkiem takiej powierzchni jest powierzchnia mórz i oceanów, a jej wysokość jest zwana poziomem morza.

Geoida – bryła, której powierzchnia w każdym miejscu jest prostopadła do pionu wyznaczonego przez siłę ciężkości. Geoida jest teoretyczną powierzchnią, na której potencjał siły ciężkości Ziemi jest stały, równy potencjałowi siły ciężkości na średnim poziomie mórz otwartych i przedłużoną umownie pod powierzchnią lądów. Ponieważ zawiera ona lustro wody w morzach i oceanach dodatkowo określana jest jako Geoida Zerowa. Jako powierzchnia ekwipotencjalna, geoida w każdym swym punkcie jest prostopadła do kierunku siły ciężkości (pionu).

Płyn – każda substancja, która może płynąć, tj. dowolnie zmieniać swój kształt w zależności od naczynia, w którym się znajduje, oraz może swobodnie się przemieszczać (przepływać), np. przepompowywana przez rury.

W jednorodnym polu grawitacyjnym powierzchnia ta jest płaska i prostopadła do wektora siły ciężkości. Można uznać, że taka sytuacja występuje dla powierzchni znacznie mniejszych od rozmiarów Ziemi. Gdy nie można pominąć kulistości Ziemi, powierzchnia swobodna jest geoidą i może być w przybliżeniu uważana za sferę lub dokładniej elipsoidę.

Pływy wywoływane oddziaływaniem Księżyca i Słońca, różnice ciśnienia, lokalne odchylenia w przyspieszeniu ziemskim, prądy morskie, wprowadzają niewielkie odchylenia powierzchni swobodnej wody, zmieniając poziom morza.