Описание метода отрыва пластинки

Сущность метода состоит в том, что измеряется сила, которую необходимо приложить, чтобы оторвать тонкую металлическую пластинку треугольной формы (пластинку Вильгельми) от поверхности жидкости.

Экспериментальная установка представляет собой торсионные весы, у которых на коромысло подвешена тонкая металлическая пластинка. Под пластинку (на штативе со столиком вертикального перемещения) помещается сосуд с испытуемой жидкостью. Величину силы отрыва пластинки (F_отр) от поверхности жидкости можно определить непосредственно при помощи торсионных весов.

Если подвести сосуд под пластинку так, чтобы она нижним основанием касалась поверхности жидкости, то между пластинкой и жидкостью возникнет взаимодействие и вес пластинки (Р) увеличится на величину силы поверхностного натяжения. Для отрыва пластинки от поверхности надо приложить силу F_отр.

F_отр. = Р + F_п.н. (6)

При вытягивании пластики, между пластинкой и поверхностью жидкости образуется шейка (жидкая перемычка), где и происходит разрыв. Пленка жидкости, обвалакивающая пластинку очень тонкая, поэтому длина и толщина шейки с хорошей точностью равны длине основания и толщине пластинки. Таким образом, можно считать, что отрыв происходит по периметру пластинки, который равен:

l = 2(l₁+l₂) (7)

где l₁ - длина основания пластинки, l₂ - толщина. Тогда формула для расчета поверхностного натяжения принимает вид:

(8)

или

(9)

Описание торсионных весов

Основным элементом торсионных весов является спиральная пружина П (рис. 2), которая закручивается под действием взвешиваемого предмета.

Рис. 2

На ось вращения О’- О насажена муфта с маленьким коромыслом весов К (рис. 2 и 3), к которому подвешена чашечка для грузов и указатель равновесия УР. К муфте прикреплен один конец спиралькой пружины П. Муфта с коромыслом имеет возможность свободно вращаться вокруг оси О’ - О. На той же оси жестко укреплен указатель веса У, к которому прикреплен конец спиральной пружины П. В отсутствии нагрузки указатель веса У должен быть установлен на нулевое деление шкалы весов, а указатель равновесия УР должен быть совмещен с чертой, отмечающей равновесие.

При действии груза равновесие нарушается, чашка весов К опускается и, поворачивая при этом муфту, закручивает пружину П. Для восстановления равновесия весов нужно повернуть указатель веса У в сторону, противоположную повороту коромысла под действием груза. Величина требуемого поворота указателя У равна углу закручивания спиральной пружины и пропорциональна закручивающему усилию, то есть пропорциональна весу тела. Перемещение указателя У отсчитывают по шкале Ш, градуированной в миллиграммах. Внешний вид торсионных весов изображен на рисунке 3, на котором изображена пластинка, подвешенная с целью определения коэффициента поверхностного натяжения. Вес пластинки подобран так, что он равен весу снятой чашки весов. Здесь У - указатель веса, который можно переводить в различные участки шкалы при помощи рычага Р, К - конец коромысла с крючком для подвешивания чашки или пластинки Вильгельми, Ш - шкала весов, А - арретир, закрепляющий коромысло весов, Т- тарировочная головка, позволяющая установить равновесие весов без нагрузки при положении указателя веса У на нулевом делении шкалы.