2 Описание установки и вывод расчетной формулы

В комплект установки входит штатив с зеркалом и столиком, сосуд с жидкостью, кольцо на пружине.

Коэффициент поверхностного натяжения можно измерить методом отрыва кольца. Для этой цели применяется установка (рисунок 1).

Рисунок 1 Схема установки: 1 - столик; 2 - сосуд жидкостью; 3 –кольцо; 4 – площадка; 5 – стрелка: 6 – пружина; 7 – кронштейн; 8 - зеркало; 9 – миллиметровая шкала; 10 – винт; 11 – стержень;

12 – массивная плита

При погружении смачиваемого кольца в жидкость молекулы пограничного слоя жидкости взаимодействуют с материалом кольца с большей силой, чем друг с другом. При поднимании кольца вместе с ним поднимается и часть жидкости, увеличивается ее поверхность (рисунок 2). Для дальнейшего поднятия кольца нужно преодолеть его вес , вес поднятой жидкости и силу поверхностного натяжения, действующую по наружной и внутренней поверхности кольца. Вес поднимаемой жидкости учесть трудно, но им можно пренебречь по сравнению с силами поверхностного натяжения, если взять кольцо с достаточно тонкими стенками. Сила поверхностного натяжения жидкости, действующая по наружной и внутренней поверхности кольца, в соответствии с формулой (1)

F= = ,

где b — толщина кольца, м; — наружный и - внутренний диаметры кольца, м.

Рисунок 2 Кольцо, касающееся поверхности жидкости

По измеренной силе из последней формулы можно найти коэффициент поверхностного натяжения

. (4)

Установка, используемая в работе, исключает необходимость взвешивания кольца и предназначена для непосредственного измерения силы поверхностного натяжения F. Кольцо подвешивают на нежесткую пружину и поднимают столик, на котором установлен сосуд с исследуемой жидкостью. Смочив нижний край кольца, столик медленно опускают и отмечают на шкале наибольшее опускание стрелки в момент его отрыва от жидкости.

После этого нагружают плоскость над кольцом разновесками и добиваются того же растяжения пружины, что и в момент отрыва его от жидкости. Вес разновесок Р=mg при этом равен силе поверхностного натяжения F, т.е. Р = F. Тогда формулу (4) можно записать

. (5)

3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов

3.1 При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить и законспектировать следующие библиографические источники:

- для неинженерных специальностей С. 191–202 /1/.

- для инженерных специальностей С. 128–134 /2/; С. 141–152 /3/.

3.2 Определить положение стрелки с помощью шкалы и зеркала до погружения кольца в воду. Посмотреть на шкалу в районе стрелки и увидеть её мнимое изображение в зеркале, в поле зрения глаза совместить это изображение с самой стрелкой, только в этом положении делать отсчет по шкале.

3.3 Налить в сосуд исследуемую жидкость (воду) и поставить на столик под кольцо. Вращая рукоятку, поднять столик до смачивания нижнего края кольца жидкостью. Медленно опуская столик, наблюдать за показанием стрелки, заметить её показание в момент отрыва от жидкости .