Хід роботи

1. За допомогою лінійки виміряти віддаль між верхніми краями паперових смужок на циліндрі l_ср.

2. За допомогою мікрометра виміряти діаметр кульки (3 рази).

3. Опустити кульку в рідину через отвір в кришці і уважно слідкувати за її проходженням повз верхню смужку (включити секундомір) і нижню смужку (виключити секундомір). Результати занести у таблицю.

4. Дослід повторити ще для двох кульок з пункту 2 по 3.

5. Записати абсолютні паспортні похибки приладів і абсолютні похибки табличних величин.

6. Обчислити f для кожної кульки і знайти f_ср.

7. Обчислити  за формулою, підставляючи в неї замість f його середнє значення f_ср.

8. Визначити відносну похибку  для  за формулою (16).

9. Обчислити абсолютну похибку .

10. Записати кінцевий результат.

Таблиця 1.

№	І кулька	ІІ кулька	ІІІ кулька
	d	d	d	l	l
CI
сер
t
f				fсер =

Контрольні запитання

1. Які явища відносяться до явищ переносу? Вказати характеристики кожного з цих явищ.

2. В чому полягає суть явища в’язкого тертя? Записати вираз для сили внутрішнього тертя.

3. Пояснити метод Стокса для визначення коефіцієнта в’язкого тертя.

4. Як змінюється швидкість кульки при падінні в рідині? Чим це зумовлено?

5. Записати і пояснити вираз для в’язкого тертя, що діє на кульку, яка рухається у в’язкому середовищі.

Лабораторна робота № 8 Визначення коефіцієнта поверхневого натягу методом відриву кільця

Мета роботи: визначити коефіцієнт поверхневого натягу води.

Теоретичні відомості і опис установки

Рідкий стан, займає за своїми властивостями проміжне становище між газами і кристалами. Зокрема, для рідин і для кристалів, характерна наявність певного об’єму і разом з тим, рідина приймає форму посудини.

Для кристалічного стану характерне упорядковане розташування частинок (атомів або молекул), а для газів – хаотичне. В розташуванні частинок рідини спостерігається так званий ближній порядок. Це означає, що по відношенню до довільної частинки розташування найближчих до неї сусідів упорядковане. В кристалічних тілах має місце дальній порядок – впорядковане розташування частинок по відношенню до довільної частинки спостерігається в межах значного об’єму.

Тепловий рух в рідинах має наступний характер. Кожна молекула протягом деякого часу коливається біля положення рівноваги. Час від часу молекула змінює місце рівноваги, стрибком переміщуючись в нове положення, віддалене від попереднього на відстань порядку розмірів самої молекули. Таким чином, молекули лише повільно перемішуються всередині рідини, перебуваючи частину часу біля певних місць.

Молекули рідини розташовуються настільки близько одна до одної, що сили притягання між ними мають значну величину. Оскільки взаємодія швидко зменшується з відстанню, починаючи з деякої відстані силами притягання між молекулами можна знехтувати. Цю відстань називають радіусом молекулярної дії, а сферу цього радіуса називають сферою молекулярної дії. Радіус молекулярної дії має величину порядку декількох діаметрів молекул.

Кожна молекула зазнає притягання зі сторони своїх сусідніх молекул, що знаходяться в межах сфери молекулярної дії, центр якої співпадає з даною молекулою. Рівнодійна всіх сил для молекули, що знаходиться на поверхні рідини на віддалі, яка перевищує радіус молекулярної дії, очевидно, в середньому дорівнює нулю. На кожну молекулу, що знаходиться в поверхневому шарі з товщиною, яка дорівнює радіусу молекулярної дії, буде діяти сила, котра спрямована всередину рідини. Величина цієї сили зростає в напрямку від внутрішньої до зовнішньої границі шару.

Сили молекулярного притягання, які діють в поверхневому шарі рідини, напрямлені всередину маси рідини. Якщо на рідину не діють ніякі інші сили, то рівноважним виявиться таке положення поверхні, при якому ці сили нормальні до поверхні. Маса рідини, на яку не діють зовнішні сили, повинна під впливом сил молекулярного тиску прийняти сферичну форму. Малі краплини рідини, для яких роль сили тяжіння мала, дійсно приймають вигляд правильних сфер.

Дія сил молекулярного тиску, завдяки якій рідина приймає сферичну форму, аналогічна дії, що виникла б, якщо поверхня рідини являла б собою розтягнуту плівку, що намагається стиснутись. Всі явища, які викликані існуванням молекулярного тиску, пояснюються шляхом розгляду дії такої розтягнутої плівки.

Для того, щоб розтягнуту плівку втримати в рівновагі, до лінії її границі потрібно прикласти силу f, дотичну до поверхні рідини. Цю силу називають силою поверхневого натягу. Вона, очевидно, тим більша, чим більша довжина граничної плівки l

f = l (1)

Коефіцієнт , що залежить від природи рідини, називається коефіцієнтом поверхневого натягу. Із співвідношення (1) видно, що коефіцієнт поверхневого натягу  чисельно дорівнює силі, прикладеній до одиниці довжини краю поверхневої плівки рідини. Для деякої рідини  з підвищенням температури зменшується. При наближенні температури рідини до критичної температури коефіцієнт поверхневого натягу прямує до нуля. Це пояснюється тим, що в критичній точці різниця між рідким і газоподібним станами зникає.

Визначимо силу P, при якій кільце відривається від поверхні води. Ця сила Р в момент відриву кільця зрівноважує силу поверхневого натягу. Нехай зовнішній діаметр кільця D , а внутрішній d, при підніманні кільця над поверхнею рідини між кільцем і поверхнею води утворюється плівка. Зовнішня поверхня цієї плівки тягне кільце вниз з силою D, внутрішня поверхня також тягне вниз з силою d.

Результуюча сила, що тягне кільце вниз дорівнює

P =  (D + d) (4)

Якщо товщина кільця h, d = D – 2h і (4) має вигляд

P = 2  (D – h) (5)

Звідси

(6)

Співвідношення (6) являється робочою формулою.

Відносна похибка може бути знайдена з (6) за методом диференціювання:

(7)