5. Спостереження явища поверхневого натягу

У

Спостереження явища поверхневого натягу

творення краплі біля погано закритого крана нагадує розтяг

еластичної торбинки чи дитячої повітряної кульки.

1. Під швацькою голкою поверхня води вгинається і не дає їй потонути. З цієї ж причини легкі комахи-водомірки – можуть швидко ковзати по поверхні води.

2. Явище поверхневого натягу не дає виливатися воді, обережно налитій у густе сито.

3. Поверхневий натяг утруднює просочування води крізь тканину. А тому вона відразу не промокає.

4. Сферична форма рідини – крапельки роси, дощові краплі, у невагомості – навіть рідина великої маси.

6. Способи визначення коефіцієнта поверхневого натягу

1) метод рамки:; 2) метод крапель:; 3) метод кільця;

4) метод піднімання рідини у капілярі:;

3. Внутрішній шар рідини. Поняття про в’язкість середовища

В’язкість (або внутрішнє тертя) – це явище виникнення сил, які перешкоджають переміщенню частин середовища (рідини; газу) одна відносно одної.

Такі сили протидії називаються силами внутрішнього тертя абосилами в’язкості.

Вони:

1. прагнуть вирівняти швидкості руху частин середовища (рідини; газу) однієї відносно одної;

2. мають складну залежність від швидкості руху тіла у середовищі;

3. в

   

   Залежність швидкості течії від радіуса труби

   изначаються характером руху частин середовища однієї відносно одної і властивостями самого середовища.

Рух середовища називають усталеним або ламінарним, якщо швидкість течії у кожній точці простору не змінюється з часом. При ламінарній течії рідини в циліндричній трубі максимальну швидкість має рідина, яка рухається по осі труби, а безпосередньо біля стінок швидкість течії дорівнює нулю. При цьому вся рідина розбивається на циліндричні шари, швидкість течії яких вздовж труби спадає у напрямі від центра труби до її стінок. Отже, при ламінарній течії тертя між трубою і рідиною немає, а існує лише внутрішнє тертя зумовлене в’язкістю самої рідини.

Сила внутрішнього тертя в залежності від відносної швидкості переміщення шарів рідини υ, їх площі S і відстані l між ними визначається за законом Ньютона для внутрішнього тертя:

; (14)

де –коефіцієнт в’язкості визначається як сила внутрішнього тертя, що виникає між двома шарами рідини площею перекривання 1 м², що рухаються з відносною швидкістю 1м/с на відстані 1м один від одного.

В’язкість рідини зменшується при нагріванні, у газу – навпаки. Причина цього – у різниці механізмів в’язкості у рідині і газі.

Практичне значення знань про в’язкість:

1. треба враховувати при перекачуванні газів і рідин по трубах;

2. має велике значення при розрахунку змащування деталей машин;

3. визначає процес вироблення певних речовин (наприклад, скла).

4. Явища на межі рідини з твердим тілом

1. Змочування – явище, яке виникає під час зіткнення рідини з поверхнею твердого тіла або іншої рідини. Виражається у розливанні рідини по твердій поверхні.

Кількісна характеристика змочування – крайовий кут Θ – утворюється площиною твердого тіла і площиною, дотичною до вільної поверхні рідини, з вершиною у точці А, в якій межують рідина, тверде тіло і газоподібне середовище.

Поведінка рідини на поверхні твердого тіла залежить від взаємодії молекул рідини і твердого тіла.

Якщо молекули рідини притягуються сильніше до молекул твердого тіла, ніж між собою, то рідина змочує тверде тіло.

Умова змочування: 90^o < Θ < 0^o

Повне змочування: Θ = 0^o

Приклади: вода змочує скло;

ртуть змочує метал

Якщо молекули рідини притягуються сильніше між собою, ніж до молекул твердого тіла, то рідина не змочує тверде тіло

Умова незмочування: 180^o > Θ > 90^o

Повне незмочування: Θ = 180^o

Приклади: вода не змочує парафін,

ртуть не змочує скло.

2. Прояви та використання

1. Змочування: клеєння, паяння, фарбування, змащування тертьових поверхонь.

2. Незмочування:

• воскова поверхня на листках, фруктах, соломі запобігає гниттю;

• змащення жиром пір’я водоплаваючих птахів допомагає їм утримуватись на воді;

• флотація (спливання) – відокремлення цінної породи від пустої.

3. Лапласівський тиск

Викривлена поверхня рідини у посудині називається меніском. Оскільки площа вільної поверхні рідини більша за площу перерізу посудини, то внаслідок дії молекулярних сил вона намагається випрямитись, що зумовлює появу додаткового тиску, напрямленого вгору, якщо рідина змочуюча, і вниз, – якщо рідина незмочуюча.

Величину цього тиску визначив П.Лаплас, тому його часто називають лапласівським тиском. Для сферичної форми вільної поверхні рідини з радіусом R тиск Лапласа визначається за формулою

(15)

4. Капілярні явища

Викривлення поверхні у тонких трубках призводять до позірного порушення закону сполучених посудин. Тонкі трубки (d < 1мм), в яких рідина внаслідок, змочування (незмочування) піднімається (опускається), називаються капілярними, а саме явище піднімання (або опускання) рідини в них – капілярністю. Це явище пояснюється дією тиску Лапласа.

Пояснення дії тиску Піднімання рідини Опускання рідини До виводу формули

Лапласа у капілярі, який у капілярі який висоти піднімання

рідина змочує рідина не змочує рідини у капілярі

Рідина піднімається (або опускається) у капілярі до тих пір, поки гідростатичний тиск р = ρgh стовпа рідини висотою h у капілярі радіусом r не компенсує лапласівський тиск р_л:

,

де– радіус меніска. Звідки висота піднімання рідини

(16)

Явище капілярності спостерігаються також у вузьких щілинах, наприклад, між двома близько розміщеними пластинами, поставленими паралельно (а) або під кутом (б).

Прояви і використання капілярності:

• живлення рослин;

• процес кровообігу тварин і людини;

• рух води у ґрунті;

• будівельна практика;

• використання у сушінні овочів та фруктів;

• у побуті (використання серветок, рушників, марлі)