-->
|
|
|
Ãëàâíàÿ >> Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêà. Òåðìîäèíàìèêà. Ôèçèêà 10 êë. Ìÿêèøåâ |
|
Ãëàâà 7. Ïîâåðõíîñòíîå íàòÿæåíèå â æèäêîñòÿõ Ïðèìåðû ðåøåíèÿ çàäà÷Çàäà÷è íà ìàòåðèàë äàííîé ãëàâû îòëè÷àþòñÿ îò îáû÷íûõ çàäà÷ íà ãèäðîñòàòèêó ëèøü òåì, ÷òî â íèõ ïðèíèìàåòñÿ âî âíèìàíèå åùå îäíà ñèëà — ñèëà ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿæåíèÿ, îïðåäåëÿåìàÿ ôîðìóëîé (7.4.3). Äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷ èñïîëüçóþòñÿ òàêæå ôîðìóëû äëÿ ïîâåðõíîñòíîé ýíåðãèè (7.3.2), äàâëåíèÿ ïîä èçîãíóòîé ïîâåðõíîñòüþ (7.6.6) è âûñîòû ïîäíÿòèÿ æèäêîñòè â êàïèëëÿðå (7.7.3). Çàäà÷à 1Îïðåäåëèòå ýíåðãèþ, îñâîáîäèâøóþñÿ ïðè ñëèÿíèè ìåëêèõ êàïåëü âîäû ðàäèóñîì r = 2 • 10-3 ìì â îäíó áîëüøóþ êàïëþ ðàäèóñîì R = 2 ìì. Ñ÷èòàòü, ÷òî ïðè ñëèÿíèè ìåëêèõ êàïåëü òåìïåðàòóðà íå èçìåíÿåòñÿ. Ïîâåðõíîñòíîå íàòÿæåíèå âîäû ðàâíî σ = 7,4 • 10-2 Í/ì. Ðåøåíèå. Îáîçíà÷èì ÷èñëî ìåëêèõ êàïåëü ÷åðåç ï. Òîãäà îáùàÿ ïîâåðõíîñòü âñåõ ìåëêèõ êàïåëü S1 = 4πr2n. Ïîâåðõíîñòü îäíîé áîëüøîé êàïëè S2 = 4πR2. Ïîâåðõíîñòíàÿ ýíåðãèÿ âñåõ ìåëêèõ êàïåëü Uï1 = σ • 4πr2n, à îäíîé êðóïíîé êàïëè Uï2 = σ • 4πR2. Òàê êàê òåìïåðàòóðà íå èçìåíÿëàñü, òî êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ìîëåêóë âîäû òîæå íå èçìåíèëàñü. Ñëåäîâàòåëüíî, âûäåëåíèå ýíåðãèè ïðîèçîøëî çà ñ÷åò óìåíüøåíèÿ ïîòåíöèàëüíîé (ïîâåðõíîñòíîé)ýíåðãèè: Q = Uï1 - Uï2 = 4πσ(r2n - R2). (7.8.1) ×òîáû íàéòè ÷èñëî êàïåëü n, ó÷òåì, ÷òî îáúåì âîäû íå èçìåíèëñÿ. Ñóììà îáúåìîâ ìåëêèõ êàïåëü
Ïîäñòàâëÿÿ ýòî çíà÷åíèå n â âûðàæåíèå (7.8.1), ïîëó÷èì
Çàäà÷à 2Ñìà÷èâàåìûé âîäîé êóáèê ìàññîé m = 0,02 êã ïëàâàåò íà ïîâåðõíîñòè âîäû. Ðåáðî êóáèêà èìååò äëèíó à = 0,03 ì. Íà êàêîì ðàññòîÿíèè õ îò ïîâåðõíîñòè âîäû íàõîäèòñÿ íèæíÿÿ ãðàíü êóáèêà? Ðåøåíèå. Àðõèìåäîâà ñèëà óðàâíîâåøèâàåò ñèëó òÿæåñòè êóáèêà è ñèëó ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿæåíèÿ. Ñëåäîâàòåëüíî,
Ñèëû ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿæåíèÿ âíîñÿò ïîïðàâêó îêîëî 1 ìì. Çàäà÷à 3
Äâà ìûëüíûõ ïóçûðÿ ðàäèóñàìè R è r «ñðîñëèñü», êàê ïîêàçàíî íà ðèñóíêå 7.29. Êàêóþ ôîðìó ïðèìåò ïëåíêà, ðàçäåëÿþùàÿ îáà ïóçûðÿ? Êàêèå óãëû îáðàçóþòñÿ ìåæäó ïëåíêàìè â ìåñòàõ èõ ñîïðèêîñíîâåíèÿ? Ðåøåíèå. Äàâëåíèå âíóòðè ìûëüíîãî ïóçûðÿ ðàäèóñîì R áîëüøå àòìîñôåðíîãî äàâëåíèÿ íà âåëè÷èíó
ãäå Rx — ðàäèóñ êðèâèçíû ó÷àñòêà ïëåíêè ÀÂ. Îòñþäà
Ñèëû ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿæåíèÿ â ëþáîé òî÷êå ïîâåðõíîñòè ñîïðèêîñíîâåíèÿ ïóçûðåé óðàâíîâåøèâàþò äðóã äðóãà è ðàâíû ìåæäó ñîáîé. À ýòî âîçìîæíî òîëüêî â òîì ñëó÷àå, êîãäà óãëû ìåæäó âåêòîðàìè ñèë ðàâíû 120°.
|
|
|