Порядок выполнения работы

В данной работе для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости используется метод отрыва кольца (Рис.6.6).

Исследуемая жидкость находится в сосуде А. Кольцо В, изготовленное из материала, хорошо смачиваемого этой жидкостью, подвешено на пружине С, к нижнему концу которой прикреплена стрелка Д. Удлинение пружины и, следовательно, сила ее натяжения определяются по шкале М, которая нанесена на штативе.

При соприкосновении кольца с поверхностью исследуемой жидкости последняя, смачивая кольцо, поднимается по его стенкам и за счет силы поверхностного натяжения несколько втягивает кольцо внутрь жидкости.

По мере опускания поверхности воды пружина будет растягиваться, и в некоторый момент времени кольцо от поверхности оторвется. В этот момент сила поверхностного натяжения F_п.н., действующая на всю длину линии разрыва поверхности, будет равна упругой силе F_упр, возникшей в растянутой пружине, которая определяется по закону Гука: сила упругости прямо пропорциональна абсолютной деформации пружины: F_упр=kl , (6.8)

где l – деформация (растяжение) пружины за счет силы поверхностного натяжения; k – коэффициент упругости (жесткости) пружины.

В момент отрыва кольца F_п.н.=F_упр. (6.9)

Подставляя в условие равновесия (6.9) в момент отрыва кольца силу поверхностного натяжения (6.6) и силу упругости (6.8), получим:

. (6.10)

Поверхность жидкости разрывается по линиям двух окружностей (внешней и внутренней окружности кольца). Длина линии разрыва:

L=(d₁+d₂), (6.11)

где d₁ и d₂ внешний и внутренний диаметры кольца.

Подставляя (6.11) в (6.10), найдем: , откуда выразим коэффициент поверхностного натяжения:

. (6.12)

Задание №1. Определение коэффициента жесткости пружины

1. Вычислить вес кольца Р=mg, где m=162 г – масса кольца; g=9,8 м/с² – ускорение свободного падения.

2. Заметить по шкале М на штативе начальное показание стрелки Д.

3. Опустить столик с сосудом А в нижнее положение, чтобы при растяжении пружины кольцо не касалось поверхности воды.

4. Подвесить кольцо на пружину С.

5. Вычислить деформацию пружины l , как разность показаний стрелки Д в конечном и начальном положении (по шкале М).

6. Вычислить коэффициент жесткости пружины из закона Гука по формуле:

.

Вычисления к заданию №1: Задание №2 Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости

1. Занесите в таблицу значение коэффициента жесткости пружины, вычисленное в задании №1.

2. Поднимите столик с сосудом А так, чтобы кольцо начало касаться поверхности жидкости. Заметьте начальное положение стрелки.

3. Медленно опускайте сосуд с жидкостью до момента отрыва кольца, глядя на положение стрелки Д. (Особенно важно точно заметить, куда на шкале М показывает стрелка в момент отрыва кольца).

4. Вычислите дополнительное удлинение пружины l, обусловленное силой поверхностного натяжения.

5. Измерьте с помощью штангенциркуля внешний и внутренний диаметры кольца d₁ и d₂.

6. По формуле (6.12) вычислите коэффициент поверхностного натяжения жидкости.

7. Опыт повторите не менее 5 раз.

8. Рассчитайте погрешность измерений.

9. Сравните полученный результат с табличным : σ(H₂O) = 0,073 Н/м.

10. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

k =
№	l , м	d1 , м	d2, м	σ, Н/м	<σ>, Н/м	Δσ, Н/м	<Δσ>, Н/м	ε, %
1
2
3
4
5
σ = ±