в дне сосуда с ртутью имеется круглое отверстие диаметром 70 мкм
В дне сосуда с ртутью имеется круглое отверстие диаметром 70 мкм
Насыщенные пары и жидкости
В дне сосуда с ртутью имеется отверстие. Каким может быть наибольший диаметр d отверстия, чтобы ртуть из сосуда не выливалась при высоте столба ртути h =3 см?
Дано:
Решение:
Под действием поверхностного натяжения свободная поверхность капель жидкости стремится принять шарообразную форму, соответствующую наименьшей поверхностной энергии и наименьшей площади свободной поверхности. Их форма тем ближе к шаровой, чем меньше вес капель, поскольку для малых капель сила поверхностного натяжения превосходит силу тяжести.
Форма и размер капель, отрывающихся от отверстия, зависят не только от силы поверхностного натяжения, но и от диаметра отверстия и плотности вытекающей жидкости. При вытекании жидкости из отверстия размер капли постепенно растет Перед отрывом капли образуется шейка, диаметр d которой несколько меньше диаметра d1 отверстия. По окружности шейки капли действуют силы поверхностного натяжения, удерживающие каплю. По мере увеличения размера капли растет сила тяжести mg, стремящаяся оторвать ее. В момент отрыва капли она равна результирующей силе поверхностного натяжения.
Чтобы ртуть не могла вылеваться из сосуда, необходимо, чтобы сила тяжести капли и вес столба ртути в сосуде уравновешивались силой поверхностного натяжения капли (силой внутреннего трения пренебрегаем):
Задачи на тему «Поверхностное натяжение и свойства жидкостей» с решениями
Сегодня поверхностно рассматриваем тему поверхностного натяжения и решаем соответствующие задачи по физике.
Даже если вы не большой любитель жидкости, подписывайтесь на наш телеграм-канал, это интересно и полезно для всех.
Поверхностное натяжение, задачи
Задача №1. Поверхностное натяжение
Условие
Для определения коэффициента поверхностного натяжения воды была использована пипетка с диаметром выходного отверстия d=2 мм. Оказалось, что n=40 капель имеют массу m=1,9 г. Каким по этим данным получится коэффициент поверхностного натяжения «сигма»?
Решение
На каплю действует сила тяжести и сила поверхностного натяжения. Эти силы уравновешивают друг друга. Из условия задачи можно найти массу одной капли m0 и длину ее окружности l:
Далее запишем условие равновесия капли:
Отсюда находим коэффициент поверхностного натяжения:
Ответ: 75,63*10^-3 Н/м.
Задача №2. Капиллярные явления
Условие
В капиллярной трубке радиусом 0,5 мм жидкость поднялась на высоту 11 мм. Оценить плотность данной жидкости, если ее коэффициент поверхностного натяжения равен 22 мН/м.
Решение
Для капилляра существует формула:
Альфа в этой формуле – угол смачивания стенки капилляра жидкостью. Пример его равным 90 градусов.
Ответ: 800 килограмм на кубический метр.
Задача №3. Поверхностное натяжение
Условие
В дне сосуда со ртутью имеется круглое отверстие диаметром 70 мкм. При какой максимальной высоте слоя ртути H она не будет вытекать через отверстие?
Решение
Ртуть не будет вытекать до тех пор, пока сила ее давления не превысит силу поверхностного натяжения:
Значения коэффициента поверхностного натяжения разных жидкостей берутся в справочнике.
Ответ: 0,2 м.
Задача №4. Поверхностное натяжение
Условие
Швейная игла имеет длину 3,5 см и массу 0,3 г. Будет ли игла лежать на поверхности воды, если ее положить аккуратно?
Решение
Найдем силу тяжести, которая действует на иглу и сравним ее с силой поверхностного натяжения.
Ответ: Так как сила тяжести больше, игла утонет.
Задача №5. Поверхностное натяжение
Условие
Тонкое алюминиевое кольцо радиусом 7,8 см соприкасается с мыльным раствором. Каким усилием можно оторвать кольцо от раствора? Температуру раствора считать комнатной. Масса кольца 7 г.
Решение
На кольцо действуют силы поверхностного натяжения, сила тяжести и внешняя сила, стремящаяся оторвать кольцо от поверхности. Найдем силу поверхностного натяжения:
Множитель «2» используется в формуле, так как кольцо взаимодействует с жидкостью двумя своими сторонами.
Теперь запишем условие отрыва кольца:
Значение поверхностного натяжения мыльного раствора при комнатной температуре возьмем из таблицы, подставим числа, и получим:
Ответ: 0,11 Н.
Вопросы на тему «Поверхностное натяжение и свойства жидкостей»
Вопрос 1. Что такое жидкость?
Ответ. Жидкость – физическое тело, которое не может самостоятельно сохранять свою форму. Агрегатное состояние вещества между твердым телом и газом.
Вопрос 2. Какие свойства жидкости вы знаете?
Ответ. Среди основных свойств жидкости можно выделить:
Вопрос 3. Что такое поверхностное натяжение?
Ответ. Поверхностное натяжение – это явление, при котором жидкость стремиться приобрести форму с наименьшей возможной площадью поверхности.
Примеры поверхностного натяжения в природе:
Коэффициент поверхностного натяжения – коэффициент, равный работе, которую необходимо совершить для образования поверхности жидкости площадью S при постоянной температуре.
Вопрос 4. Что такое капиллярные явления?
Ответ. Капиллярные явления – подъем или опускание жидкости в капиллярах (трубках малого диаметра).
Вопрос 5. Что называется смачиванием?
Ответ. Смачивание – это искривление поверхности жидкости вблизи твердого тела. Возникает из-за взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела.
Количественная характеристика этого явления – угол смачивания.
Нужна помощь в решении заданий по учебе? Профессиональный студенческий сервис всегда готов ее оказать! Оформляйте заявку в любое время суток и забудьте о наболевших вопросах.