- •Министерство сельского хозяйства р.Ф.
- •Инструкция по технике безопасности, для работающих в лабораториях физики. Общие положения
- •Основные положения.
- •Надзор.
- •Меры оказания первой помощи при несчастных случаях
- •Инструкция по подготовке к лабораторному занятию, проведению и отчёту по работе.
- •Введение в теорию измерений физических величин
- •Задача измерений. Основные понятия и их определения
- •Пример нахождения объема цилиндра
- •Графическая обработка результатов измерения
- •Лабораторная работа №1 определение породы древесины по плотности.
- •Теоретическое введение
- •Описание штангенциркуля и микрометра.
- •Порядок выполнения работы:
- •Контрольные вопросы:
- •Статическое трение
- •Кинематическое трение Трение скольжения.
- •Трение качения и верчения.
- •Значение коэффициентов трения скольжения и трения качения для некторых материалов
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Определение статического коэффициента трения скольжения
- •Определение коэффициента трения качения
- •Определение коэффициента трения скольжения
- •Дополнительное задание
- •Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа №3
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Дополнительное задание
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №4
- •Описание установки и методики эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Определение момента инерции маховика и силы трения в опоре
- •Дополнительное задание
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №5 термогравиметрический способ измерения влажности семян
- •Теоретическое введение
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы:
- •Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа №6 определение моментов инерции тел методом крутильных колебаний
- •Введение
- •Описание установки и метода измерения
- •Порядок выполнения работы
- •Определение коэффициента упругости проволоки и момента
- •Описание установки
- •Определение коэффициента вязкости жидкостей по методу Стокса
- •Дополнительное задание
- •Описание установки и методика выполнения работы
- •Порядок выполнения работы
- •Дополнительное задание
- •Приложение к лабораторной работе №8
- •Описание эксперимента
- •Лабораторная работа №9 определение постоянной больцмана по измерению парциального давления эфира
- •Введение
- •Описание метода измерения и установки
- •Порядок выполнения работы
- •Определение постояной больцмана
- •Дополнительное задание
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Определение универсальной газовой постоянной
- •Дополнительное задание
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №11
- •Введение
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Определение коэффициента линейного расширения
- •Дополнительное задание
- •I. Определение коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва кольца
- •Порядок выполнения работы
- •Определение коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва кольца
- •II. Определение коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва колец
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №13 изучение гармонических колебаний
- •Введение
- •Определение ускорения силы тяжести
- •Дополнительное задание
- •Описание установки и метода измерений
- •Зависимость периода колебаний физического маятника от положения груза а2
- •Определение ускорения силы тяжести с помощью оборотного маятника
- •Указания по оценке погрешности
- •Порядок выполнения работы
- •Дополнительное задание
- •II. Описание установки и методика измерений
- •Описание установки
- •Определение собственной частоты колебаний пружинного маятника
- •3. Определение логарифмического декремента затухания методом сравнения амплитуд
- •4. Исследование зависимости затухания колебаний от сопротивления среды.
- •III. Выполнение работы задание 1. Определить собственную частоту колебаний пружинного маятника
- •Задание 2. Определить логарифмический декремент затухания
- •Задание 3. Исследование зависимости затухающих колебаний от сопротивления среды.
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Оглавление
Дополнительное задание
Используя закон Гука, рассчитайте какое напряжение возникает в образце, если при нагревании не дать ему возможности удлиняться.
Сравнить это напряжение с пределом прочности материала.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Что называется термическим коэффициентом линейного расширения твердых тел?
Что называется термическим коэффициентом объемного расширения твердых тел?
Доказать равенство:
Как происходит передача теплоты внутри металлического стержня при нагревании одного из его концов?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ
Цель работы: познакомиться с методами определения коэффициента поверхностного натяжения. Определить коэффициент поверхностного натяжения воды.
Приборы и принадлежности: весы Жоли, чашечка с водой, разновес, бюретки с исследуемыми жидкостями.
ВВЕДЕНИЕ
В жидкости молекулы вещества находятся на гораздо меньшем расстоянии, чем в газе. При этом энергия межмолекулярного притяжения при обычных температурах превышает энергию теплового движения. Это обстоятельство приводит к тому, что жидкости занимают определенный объем (в отличии от газов), а поверхностный слой жидкости стремится сократиться. Рассмотрим явление поверхностного натяжения более подробно.
На каждую молекулу жидкости со стороны окружающих молекул действуют силы притяжения, быстро убывающие с расстоянием. Расстояние, на котором заметно влияние молекулярных сил (порядка 10-9 м), называют радиусом молекулярного действия r, а сферу радиуса r называют сферой молекулярного действия.
Выделим внутри жидкости какую – либо молекулу А (рис. 12.1.) и проведем вокруг нее сферу радиуса r.
Рис. 12.1.
Силы, с которыми эти молекулы действуют на молекулу А, направлены в разные стороны и в среднем скомпенсированы, поэтому результирующая сила, действующая на молекулу внутри жидкости со стороны других молекул, равна нулю. Иначе обстоит дело с молекулой В, расположенной от поверхности жидкости на расстоянии меньшем, чем r. В данном случае сфера молекулярного действия лишь частично расположена внутри жидкости. Так как концентрация молекул в расположенном над жидкостью газа мала, по сравнению с их концентрацией в жидкости, то равнодействующая сил F, приложенных к каждой молекуле поверхностного слоя, не равна нулю и направлена внутрь жидкости. Таким образом, поверхностный слой оказывает на жидкость давление. Называемое молекулярным.
Для перемещения молекулы из глубины жидкости в поверхностный слой надо совершить работу против действующих в этом слое сил. Эта работа совершается молекулой за счет запаса кинетической энергии и идет на увеличение ее потенциальной энергии. Поэтому молекулы поверхностного слоя жидкости обладают большой потенциальной энергией, чем частицы внутри жидкости. Эта энергия называется поверхностной энергией и она пропорциональна площади слоя S:
(12.1.)
Коэффициент пропорциональности между поверхностной энергией U и площадью поверхности S называется коэффициентом поверхностного натяжения. Так как равновесное состояние характеризуется минимумом потенциальной энергией, то жидкость при отсутствии внешних сил стремится к сокращению поверхности, т.е. к форме шара. В условиях невесомости капля любой жидкости имеет сферическую форму.
Выделим мысленно часть поверхности жидкости, ограниченную замкнутым контуром АВСД (рис.12.2.)
Рис. 12.2.
Тенденция этого контура к сокращению приводит к тому, что он действует на граничащие с ним участки с силами, распределенными по всему контуру. Эти силы называют силами поверхностного натяжения. Они направлены по касательным к поверхности жидкости и перпендикулярно к участкам контура, на который они действуют. Пусть сторона АВ подвижна, тогда при перемещении участка АВ поверхности жидкости на расстояние Х под действием силы F поверхностного натяжения совершается работа FX за счет уменьшения поверхностной энергии на U:
(12.2.)
Отсюда следует, что сила поверхностного натяжения
(12.3.)
Подставляя в уравнение (12.3.) уравнение (12.1.) и заменяя S=Xl получим:
(12.4.)
где знак «минус» указывает на то, что сила направлена в сторону, противоположную смещению Х.
Как следует из формул (12.1.) и (12.4.) коэффициент поверхностного натяжения является и энергетической, и силовой характеристикой поверхностного натяжения жидкостей: он является поверхностной энергией, которой обладает единичная площадь поверхности, и в то же время является силой поверхностного натяжения, которая действует на контур единичной длины.
Единица поверхностного натяжения в СИ – джоуль на квадратный метр (Дж/м2), или ньютон на метр (Н/м).
При температуре 300 К, большинство жидкостей имеет коэффициент поверхностного натяжения порядка 10-2 – 10-1 (Н/м). С повышением температуры поверхностное натяжение уменьшается, т.к. увеличиваются расстояния между молекулами жидкости.