Задачи на поверхностное натяжение и лабораторная работа
Уроки 36–37 · 2 урока · П. Хабибуллаев, А. Бойдедаев, А. Бахромов, К. Суяров, Ж. Усаров, М. Юлдашева. Физика, 9 класс, переработанное и дополненное 3-е издание. Творческий дом издательства-типографии имени Гафура Гуляма, Ташкент, 2019
36
Решение задач
Учебник: с. 100–102
ЦельРешать задачи на поверхностное натяжение и капиллярные явления: F = σl, W = σS, h = 2σ/(ρgr).
Новые слова
поверхностный слой · sirt qatlamмыльный пузырь · sovun pufagiвес капли · tomchi og‘irligiдвусторонняя плёнка · ikki tomonlama plyonka
Объяснение
В этой теме мы объединяем три формулы: силу поверхностного натяжения F = σl, поверхностную энергию W = σS и высоту капиллярного подъёма h = 2σ/(ρgr). Сначала определите, о какой поверхности идёт речь: у мыльного пузыря и мыльной плёнки две поверхности (внешняя и внутренняя), поэтому сила и энергия умножаются на 2. Затем переведите величины в СИ: см и мм в метры, г в килограммы. Когда капля отрывается, mg = σ·πd даёт массу капли, а затем число капель N = M/m. Когда пузырь раздувается, изменение энергии ΔW = 2σ·4π(R₂² – R₁²). Наконец, проверьте, имеет ли ответ смысл: высота больше в более узкой трубке, а σ мыльного раствора меньше, чем у воды.
Примеры
Спирт (σ = 0,022 Н/м, ρ = 800 кг/м³) в капилляре радиусом 0,5 мм: h = 2·0,022/(800·10·0,0005) = 0,011 м = 11 мм.
Мыльный пузырь радиусом 2 см (σ = 0,04 Н/м, две поверхности): W = 2σ·4πR² = 2·0,04·4·3,14·0,0004 ≈ 4,0·10⁻⁴ Дж.
Работа в классе
Расчётная задача: если из пипетки с внутренним диаметром 2 мм накапать 10 г воды, примерно сколько капель получится? Сначала найдите массу одной капли. Затем вместе со взрослым взвесьте на весах 5 капель из пипетки и сравните со своим расчётом.
Упражнения
1
Почему энергию мыльного пузыря умножают на 2?
У пузыря две поверхности: внешняя и внутренняя.
2
Мыльная плёнка (σ = 0,04 Н/м) тянет подвижную сторону рамки длиной 6 см. Найдите силу.
2σl = 2·0,04·0,06 = 4,8·10⁻³ Н
3
Какая минимальная работа против поверхностного натяжения нужна, чтобы выдуть мыльный пузырь (σ = 0,04 Н/м) радиусом 3 см?
A = W = 2σ·4πR² = 2·0,04·4·3,14·0,0009 ≈ 9,0·10⁻⁴ Дж
4
Почему высота подъёма в спирте меньше, чем в воде (при том же радиусе)?
У спирта σ меньше (0,022 Н/м); меньшее σ влияет сильнее, хотя плотность тоже меньше.