Описание установки

На деревянной подставке закреплена стеклянная трубка переменного сечения. Диаметры узкой и широкой части трубки указаны на табличке возле установки.

Резиновая трубка соединяет прибор с водопроводным краном, а другая служит для слива воды.

Разность давлений, создаваемая струей жидкости, имеющей скорость V в широкой части и скорость V в узкой части, измеряется при помощи ртутного или водяного манометра. Трубка должна иметь горизонтальное положение.

Схема установки с ртутным манометром

Схема установки с водяным манометром

Порядок выполнения работы

1. Через прибор пропускается вода из водопровода и измеряется разность уровней h в коленах манометра.

В формуле (5) разность давлений (P - P) заменим по формулам:

P - P = (-)gh (для ртутного манометра)

и

P - P = gh (для водяного манометра)

И получим формулы для расчета теоретического значения расхода жидкости:

• в установке с ртутным манометром:

или так как Д>> Ди

• в установке с водяным манометром:

2. При помощи секундомера измерить время, в течение которого наполняется водой сосуд объемом V.

3. Рассчитать экспериментальный расход воды по формуле (6):

4. Измерения провести для разных значений h.

5. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

№ опыта	V	h	t	W	Д	Д	W

Контрольные вопросы

1. Дать понятие идеальной жидкости.

2. Записать и сформулировать теорему неразрывности струи.

3. Записать и сформулировать уравнение Бернулли.

4. Как вы в работе проверяли справедливость уравнения Бернулли?

Литература

1. Б.М. Яворский, А.А. Детлаф “Курс физики” т.1

2. А.С. Шубин “Курс общей физики”

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

Приборы и принадлежности:

1. трубка с оттянутым концом (бюретка);

2. технические весы с разновесами;

3. микроскоп “Мир - 1”;

4. сосуд с исследуемой жидкостью;

5. штатив.

Цель работы: определить коэффициент поверхностного натяжения воды.

Теория метода и описание установки

Поверхностное натяжение жидкости обусловлено действием молекулярных сил. Жидкости, как и твердые и газообразные тела, состоят из молекул, между которыми действуют молекулярные силы сцепления. Эти силы весьма быстро убывают с увеличением расстояния между молекулами. На расстоянии см силы становятся столь незначительными, что ими можно пренебречь; это предельное расстояние называется радиусом сферы молекулярного действия.

Если молекула М занимает положение, при котором вся сфера ее молекулярного действия заполнена другими молекулами той же жидкости, то относительно молекулярных сил, действующих на нее, она находится в равновесии, так как равномерно притягивается во все стороны. Это равновесие нарушается, когда молекула находится у поверхности жидкости на глубине, меньшей радиуса молекулярного действия (например, молекула М). Нижняя половина сферы заполнена жидкостью, тогда как часть верхней полусферы заполнена воздухом и паром, имеющими меньшую плотность. Поэтому притяжение со стороны нижележащих молекул будет больше, а равнодействующая всех действующих на молекулу Ммолекулярных сил направлена внутрь жидкости нормально к ее поверхности. Отсюда следует, что на все молекулы, расположенные в тонком поверхностном слое, действуют силы, стремящиеся втянуть их внутрь жидкости. Благодаря этому поверхностный слой давит с большей силой на жидкость, создавая в ней так называемое внутреннее или молекулярное давление. Это давление очень велико (для воды, например, около).

Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком энергии сравнительно с молекулами, находящимися внутри жидкости. Эта избыточная энергия называется свободной поверхностной энергией или просто поверхностной энергией. Указанными свойствами поверхностного слоя обусловлено особое его состояние, которое подобно состоянию натянутой упругой пленки, стремящейся сократить свою поверхность до малых размеров. Это стремление жидкости сократить свою свободную поверхность называется поверхностным натяжением.

Силы поверхностного натяжения направлены по касательной к поверхности жидкости и действуют нормально к любой линии, проведенной на этой поверхности.

Для количественной характеристики силы поверхностного натяжения жидкости вводят коэффициент поверхностного натяжения , который численно равен силеF, действующей на единицу длины произвольной линии L , мысленно проведенной на поверхности жидкости:

(1)

В таком случае коэффициент поверхностного натяжения измеряется .

Из рассмотрения свойств поверхностного слоя можно показать, что коэффициент поверхностного натяжения численно равен свободной поверхностной энергии W, рассчитанной на единицу площади поверхности жидкости S:

В этом случае коэффициент поверхностного натяжения измеряется в .

Коэффициент поверхностного натяжения различен для разных жидкостей. Он зависит от рода жидкости, температуры (уменьшается с повышением температуры) и от степени чистоты поверхности (изменяется от малейшего загрязнения).

Существует ряд методов определения коэффициента поверхностного натяжения.

В настоящей работе определение коэффициента поверхностного натяжения производится по методу счета капель.

Рассмотрим образование капель при медленном вытекании жидкости из вертикальной трубки. Поверхностное натяжение не позволяет жидкости сразу вылиться из трубки. По мере вытекания жидкости поверхностная пленка капли увеличивается и получается сужение (образуется шейка).

Когда сила тяжести Р, действующая на каплю, станет несколько больше силы поверхностного натяжения, действующей по окружности перетяжки, капля оторвется. Для момента отрыва запишем:

; ;P = F; ; отсюда

найдем коэффициент поверхностного натяжения:

(2)

Формула (2) является расчетной для коэффициента поверхностного натяжения; в нейm – масса капли; g=9,8 - ускорение силы тяжести; d – диаметр капилляра бюретки.