Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6 | Следующая страница реферата

Метод капиллярных волн.

[pic]

Рис. 9

Капиллярные волны - это другое название известного всем явления
«ряби» на поверхности жидкости. Образуются эти волны под влиянием небольших возмущений и их возникновение связано с силами поверхностного натяжения.
Механизм образования капиллярных волн в общих чертах следующий. Под действием тех или иных внешних воздействий поверхность жидкости в данном месте «вдавливается», становясь вогнутой (рис.9, а), давление на слои жидкости под этой вогнутой поверхностью становится меньше (на величину
[pic]), чем давление в соседних слоях, где поверхность осталась плоской.
Возникшая таким образом разность давлений заставляет жидкость из соседних слоев приливать под вогнутую поверхность, и жидкость снова поднимается к начальному уровню, но проходит его по инерции за счет накопленной кинетической энергии. Поверхность поэтому станет выпуклой, и давление, обусловленное кривизной ее поверхности, будет теперь направлено вниз (рис.
9, б).

Ясно, что такого рода колебания жидкости в одном месте заставит и соседние точки совершать такие же колебания. Это и значит - что явление имеет волновой характер. Капиллярные волны отличаются малой амплитудой и малой длиной волны. Из-за малости амплитуды можно пренебречь влиянием силы тяжести, которая может вызывать такое же действие (силе тяжести обязаны и происхождением крутые морские волны). Волны только в тех случаях и называются капиллярными, когда в их образовании участвуют только силы поверхностного натяжения и они образуются за счет значительной кривизны на гребне и впадине волны.

Расчет показывает, что параметры капиллярных волн связаны с коэффициентом поверхностного натяжения следующим уравнением:
(6)

[pic]

где n - частота колебаний в волне, [pic] - длина волны и [pic]
-плотность жидкости. Формула (6) и может быть использована для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости, плотность которой известна.
Для этого необходимо измерить частоту колебаний и длину волны. Обычно измеряют скорость распространения волн, с которой частота колебаний связана простым соотношением.

Метод капли и пузырька.

Этот метод основан на наблюдении крупной капли жидкости на плоской поверхности и воздушного пузырька (тоже большого размера) в той же жидкости.

[pic]

Рис. 10

Пусть на горизонтальной плоскости (рис. 10) образована большая капля исследуемой жидкости, настолько большая, что ее поверхность всюду, кроме краев, плоская, и пусть [pic] краевой угол у границы капли. Условием равновесия капли является равенство абсолютных значений сил, стремящихся превратить ее в тонкую пленку, и сил, стремящихся придать ей сферическую форму. Растянуть каплю в тонкую пленку стремится, во-первых, сила тяжести и, во-вторых, сила поверхностного натяжения на границе между жидкостью и твердой подложкой. Сферическую же форму капле стремится придать сила поверхностного натяжения на поверхности жидкости.

Рассмотрим вертикальное сечение капли, перпендикулярное к плоскости чертежа, и выделим в этом сечении площадку высотой h (высота капли) и длиной в 1 см. Благодаря силе тяжести на этом сечении действует гидростатическое давление. Среднее его значение равно [pic], где [pic] - плотность жидкости и g - ускорение свободного падения. Сила же f, вызванная им, равна [pic]

(площадь выделенной площадки равна h!). Направление этой силы показано на рис. 10, а.

Горизонтальная составляющая f ' поверхностного натяжения на границе жидкости и подложки, отнесенная к единице длины, равна [pic][pic].
Направлена она так же, как сила f, и вместе с ней стремится превратить каплю в пленку. Этим двум силам противостоит сила поверхностного натяжения на поверхности жидкости f", направленная против них и равная [pic] (на единицу длины). Таким образом, условие равновесия капли можно записать в виде

[pic]

или
(7)

[pic]

Рассмотрим теперь воздушный пузырек в той же жидкости (рис. 10,6).
Если пузырек достаточно велик, чтобы его «дно» было плоским, то рассуждения, подобные только что приведенным, показывают, что условием равновесия пузырька будет равенство
(8)

[pic]

где d - высота пузырька. Складывая (7) и (8), получим:
(9)

[pic]

Следовательно, для определения коэффициента поверхностного натяжения
[pic]достаточно измерить высоты капли и пузырька.

Интересно, что этот же опыт может быть использован и для определения краевого угла [pic]. В самом деле, если вычесть (7) из (8), то получим:

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: сочинение отец, теория государства и права шпаргалки.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6 | Следующая страница реферата