Задачи › Поверхностное натяжение, давление Лапласа

Поверхностное натяжение

  1. Поверхностное натяжение

    ВсОШ 2009/10, 10 кл.
    6/10

    1. Изготовьте из листа тонкого картона пружинные весы. Один из возможных вариантов весов приведён на рисунке 5.

    2. Предложите способ градуировки изготовленных вами весов и проградуируйте их.

    3. Измерьте коэффициент поверхностного натяжения \(\sigma\) выданной вам жидкости. Для этого вы можете воспользоваться методом отрыва. Суть метода заключается в следующем.

    Рисунок

    Изготовьте измерительную пластину с «ножками» (рис. 6). «Ножки» нужны для защиты плёнки от бокового отрыва. Если опустить пластину в исследуемую жидкость, а затем медленно поднимать, то в момент отрыва пластины от поверхности жидкости со стороны жидкости на пластину будет действовать сила поверхностного натяжения \(F_\sigma\). Приведите формулу для этой силы. Постройте график экспериментальной зависимости разницы показаний весов в момент отрыва и после успокоения колебаний от расстояния между ножками \(L\). По графику определите \(\sigma\).

    Рисунок

    Примечание. Не касайтесь воды и кромки измерительной пластины пальцами, так как это может сильно повлиять на результаты ваших измерений.

    Оборудование. Лист тонкого плотного картона, лист офисной бумаги формата А4 с поверхностной плотностью 80 г/м\(^2\), ванночка с исследуемой жидкостью, подставка, две канцелярские кнопки, ножницы, линейка, бумажная салфетка для поддержания рабочего места в чистоте.

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Сила поверхностного натяжения действует по периметру отрыва; у плёнки две поверхности. Калибруйте весы разновесами известной массы, а при измерении вычитайте массу самой пластины.

    Ответ

    1) \(F_\sigma = 2\sigma L\);  2) \(\sigma = \dfrac{(M - m_0)\,g}{2L}\).

    Решение

    На измерительную пластину, помещённую в жидкость, в момент отрыва от поверхности действует сила \(F_\sigma = 2\sigma L\). В этой формуле коэффициент 2 появляется из-за того, что у плёнки две поверхности.

    Сделаем из листа плотного картона пружинные весы. Из офисной бумаги сделаем прямоугольные разновесы, массу которых вычислим, определив площадь разновеса и умножив на известную поверхностную плотность. Проведём калибровку весов, отмечая, какое отклонение соответствует массе груза. Из оставшейся бумаги сделаем измерительную пластину с «ножками». На противоположном конце пластины сделаем сгиб (крючок) и взвесим пластину на весах.

    Будем поднимать ванночку с жидкостью до тех пор, пока не произойдёт соприкосновение жидкости и пластины. После этого будем медленно опускать ванночку и заметим показания весов \(M\) в момент отрыва пластины от поверхности жидкости. Массу пластины \(m_0\) определим после касания пластины жидкости, так как бумага смачивается жидкостью и её масса увеличивается. Вычислим коэффициент поверхностного натяжения по формуле \[\sigma = \frac{(M - m_0)\,g}{2L}.\]

    Повторим эксперимент несколько раз, изменяя \(m_0\) и \(L\). Построим график зависимости \((M - m_0)\) от \(L\). Экспериментальные точки ложатся на прямую с наклоном \(2\sigma/g\). Определим среднее значение \(\sigma\) и вычислим погрешность. При надлежащей аккуратности значение коэффициента поверхностного натяжения находится с относительной погрешностью около 10 %.

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи

наверх