Фізика. Рівень стандарту. 10 клас. Сиротюк

Робота № 7. Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідини

Варіант 1

Мета роботи: визначити коефіцієнт поверхневого натягу рідини.

Обладнання: динамометр, склянка, штангенциркуль або вимірювальна лінійка з міліметровими поділками, дротик або дротяна рамка на нитках (мал. 1).

Підготовка до виконання роботи

Дайте відповіді на запитання:

1. Як пояснити існування поверхневого натягу рідини?

2. Які величини в цій роботі потрібно вимірювати найточніше?

3. Які є методи вимірювання коефіцієнта поверхневого натягу рідини?

Розв’яжіть задачі:

1. На поверхню води покладіть два сірники і шматком мила торкніться води між ними. Повторіть дослід, торкнувшись шматком цукру. Запишіть результати досліду.

2. Для визначення коефіцієнта поверхневого натягу води використали піпетку, діаметр вихідного отвору якої 2 мм. Маса 40 крапель, як виявилось, дорівнює 1,9 г. Чому дорівнює, за цими даними, коефіцієнт поверхневого натягу води?

Теоретичні відомості

Для визначення коефіцієнта поверхневого натягу найзручніше користуватися співвідношенням між силою поверхневого натягу і довжиною межі поверхневого шару F = σl.

Хід роботи

1. Виміряйте штангенциркулем або масштабною лінійкою довжину дротика (периметр рамки, мал. 14).

Мал. 14

2. Прикріпіть дротик або рамку до гачка динамометра і намагайтеся горизонтально розташувати дротик або рамку (мал. 15, а).

3. Обережно опустіть дротик або рамку так, щоб вони, торкнувшись поверхні води, «прилипли» до неї.

4. Піднімайте вгору динамометр, простежте, при якому значенні дротик або рамка «відірветься» від води (мал. 15, б).

Мал. 15

5. Повторіть дослід п’ять разів і заповніть таблицю.

№	l, м	Δl, м	F, Н	Fc, Н	ΔF, Н	σ, Н/м	Δσ, Н/м	ε, %
1
2
3
4
5

6. Обчисліть середнє значення сили, що діє на дротик або рамку.

9. Зробіть висновки.

Творче завдання

1. Виміряйте коефіцієнт поверхневого натягу підсолодженої води.

2. Виміряйте коефіцієнт поверхневого натягу будь-яких парфумів.

3. Зробіть висновки.

Варіант 2

Вимірювання коефіцієнта поверхневого натягу рідини

Мета роботи: виміряти коефіцієнт поверхневого натягу дистильованої води методом відриву крапель.

Обладнання: 1) крапельниця, закріплена у штативі; 2) дві хімічні склянки; 3) штангенциркуль; 4) терези з набором гир; 5) екран із приклеєним міліметровим папером; 6) електрична лампочка на 3,5 В на підставці; 7) батарейка кишенькового ліхтарика; 8) ключ; 9) з’єднувальні проводи.

Підготовка до виконання роботи

Дайте відповіді на запитання:

1. Як пояснити існування поверхневого натягу рідини?

2. Які величини в цій роботі потрібно вимірювати найточніше?

3. Які є методи вимірювання коефіцієнта поверхневого натягу рідини?

Розв’яжіть задачі:

1. 1820 мг мінеральної олії пропустили через піпетку і отримали 152 краплі. Визначте коефіцієнт поверхневого натягу олії, якщо діаметр шийки піпетки 1,2 мм.

2. Поверхневий шар рідини дуже схожий на розтягнуту гумову плівку. Чи справді ця схожість між ними така істотна? Чи можна, зокрема, до поверхневого шару рідини як до пружно-деформованої плівки застосувати закон Гука?

Теоретичні відомості

Мал. 16

Опис приладу

Прилад для цієї роботи показано на малюнку 17: закріплена у штативі крапельниця складається з лійки, гумової трубки, затискача і скляної трубки. Кінець трубки плоско відшліфований і повністю змочуваний. З одного боку трубки встановлено освітлювач (електричну лампочку, що живиться від батарейки кишенькового ліхтарика), а з другого - екран, до якого прикріплено міліметровий папір.

Мал. 17

Хід роботи

1. Визначте і запишіть характеристики засобів вимірювання, що використовуються в роботі.

2. Виміряйте штангенциркулем зовнішній діаметр трубки D і масу посудини m₁, у яку стікатимуть краплі.

3. Затисніть гумову трубку крапельниці, налийте в лійку дистильованої води. Підставте під крапельницю хімічну склянку. Регулюючи затискачем, намагайтеся, щоб краплі повільно витікали. Розмістіть освітлювач і екран так, щоб тіні від краплі й кінця трубки на екрані були чіткими. Підставте склянку з виміряною масою і відлічіть 20 крапель. Після того виміряйте масу посудини з краплями m₂.

4. Спостерігаючи за рухом крапель на екрані, виміряйте d' і D'. За максимальну абсолютну похибку вимірювання d' прийміть ±3 мм (під час вимірювання d' потрібно було б оцінити випадкову похибку, а для цього треба виміряти діаметр шийки кожної падаючої краплі і знайти середнє його значення, обчислити середню арифметичну похибку результату вимірювання, потім оцінити максимальну похибку вимірювання діаметра шийки краплі. Для спрощення роботи цього не робимо).

5. Результати вимірювань D, d', D', m₁, m₂ і n запишіть у таблицю.

Вимірювана величина	Покази засобу вимірювання	Межа похибки відлічування	Межа абсолютної похибки вимірювання	Результат вимірювання	Межа відносної похибки результату вимірювання
D
d'
D'
m1
m2
n

6. Обчисліть коефіцієнт поверхневого натягу дистильованої води. Результати вимірювань обробіть способом підрахунку цифр.

Творче завдання

На лійці крапельниці нанесіть горизонтальні лінії на відстані 5-10 мм одна від одної. Полічіть, скільки крапель n₁ утвориться із цього об’єму дистильованої води, а потім кількість крапель n₂ якоїсь іншої рідини. Виміряйте густину дистильованої води ρ₁ і досліджуваної рідини ρ₂ денсиметром.

За результатами вимірювань визначте коефіцієнт поверхневого натягу σ₂ досліджуваної рідини, уважаючи коефіцієнт поверхневого натягу дистильованої води σ₁відомим (узяти з роботи).

Порада. Оскільки