Приклади рішення задач

Приклад 1. Тонке алюмінієве кільце радіусом r=7,8 см і вагою Р=7^.10^-2 Н стикається з розчином мила. Яке зусилля необхідно докласти, щоб відірвати кільце від розчину, вважаючи, що поверхневе натягнення s = 0,04 Н/м?

Рішення. Зусилля F повинне бути не менше ніж сума двох сил: вага кільця Р і сили поверхневого натягнення F = l, де l - довжина межі зіткнення кільця з розчином. Оскільки кільце стикається з розчином внутрішньою і зовнішньою сторонами, то l = 22r. Отже, F =P + 4r; F0,11Н.

Приклад 2. Яким повинен бути коефіцієнт поверхневого натягнення води для того, щоб при повному змочуванні в капілярі радіусом 0,1 мм вода піднялася на 14 см?

Рішення. Між рідиною в капілярі і в широкій судині встановлюється така різниця рівнів h, щоб гідростатичний тиск дорівнював тиску Лапласа, де R - радіус кривизни меніска. R = rCos, де r - радіус капіляра,  - краєвий кут, який при повному змочуванні = 0. Тоді

=0,51000 кг/м³9,8 м/с²0,14 м0,110^-3м = 6,8610^-2 Н/м.

Приклад 3. Чому рівний коефіцієнт поверхневого натягнення води. Якщо за допомогою піпетки, що має кінчик діаметром 0,4 мм, можна дозувати воду з точність до 0,01 г?

Рішення. Точність дозування визначає вагу однієї краплі. Крапля відділяється від кінчика піпетки. Коли вага краплі зрівноважить вертикальну складову сили поверхневого натягнення. Величина цієї сили рівна 2r.. Отже, mg = 2r., звідки =. Підставляючи чисельні значення, одержимо  = 7,810^-2 Н/м.

Контрольні питання

1. Чим відрізняються перебування молекул на поверхні і усередині рідини?

2. Яка (приблизно) товщина поверхневого шару рідини?

3. Чим викликається викривлення поверхні рідини поблизу стінок судини?

4. Поясніть, чому змочуюча стінки капіляра рідина підіймається по капіляру. Розрахуйте висоту підйому води в

5. скляній трубці діаметром 0,2 мм.

6. Як за допомогою капіляра визначити поверхневе натягнення рідини?

Вправа 20 Якісні задачі

1. Чому розплавлений жир плаває на поверхні води у вигляді кружків?

2. Чому дві краплі ртуті, приведені в зіткнення, зливаються в одну?

3. Чому мильна вода дає таке міцні бульбашки, яких з чистої води одержати не можна?

4. З крана падають краплі. Коли ці краплі важчі: коли вода гаряча або коли вона охолола? Як змінюється їх розмір?

5. Дерев'яний кружок, що покриває воду, легше зняти, піднімаючи його не навзнаки, а ребром. Чому?

6. Чому з флакона з дуже вузьким отвором важко виливається вода?

7. Чому нижній отвір піпетки повинен бути малим?

8. Чому буває важкий налити рідину в флакон з вузькою шийкою?

9. Яку рідину можна налити в стакан вище за краї?

10. Чому маленькі краплі роси на листі деяких рослин мають форму кульок, тоді як на листі інших рослин роса розтікається тонким шаром?

11. Деякі дрібні комахи, потрапивши під поверхню води, не можуть вибратися назовні. Чому?

12. Між двома стовпами натягнутий мотузок. Як зміниться прогинання мотузка. Коли вона намокне від дощу?

13. Чому розтікається чорнило при письмі на папері поганої якості?

14. Чому погано витираються мокрі руки шерстяною і шовковою тканиною?

15. Між рядами посівів прагнуть частіше спушувати грунт, руйнуючи тим самим кірку, що утворюється. Чому цей вид робіт часто називають «сухим поливом»?

16. Чи зміниться висота підняття рідини в капілярній трубці, якщо її нахилити?

17. У судину з гарячою водою опущена капілярна трубка. Чи змінюватиметься рівень води в трубці при охолодженні води?

18. У тонкій скляній трубці, що лежить горизонтально, знаходиться стовпчик води. Яке явище матиме місце, якщо один кінець трубки підігрівати?

19. Сито, зроблене з волокон, які не змочуються водою, виявляється непроникним для води, хоча через нього вільно проходить повітря. Яка причина вказаного явища?

20. Чому наповнене водою сито протікає, якщо торкнутися його знизу пальцем?