Giải Vật Lý 10 Bài 37. Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng
Bài 37. CÁC HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT CỦA CHẤT LỎNG A. KIẾN THỨC CẨN NAM vững Hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng Lực căng bề mặt Lực căng bề mặt tác đụng lên một đoạn đường nhỏ bất kì trên bề mặt của chất lỏng luôn có phương vuông góc với đoạn đường này và tiếp tuyến với bề mặt chất lỏng, có chiều làm giảm diện tích bề mặt chất lỏng và có độ lớn f tỉ lệ thuận với độ dài 1 của đoạn đường đó: f = ơl. Trong đó hệ số ơ gọi là hệ số căng bề mặt, có đơn vị là (N/m). ứng dụng Do tác dụng của lực căng bề mặt mà nước mưa không thế lọt qua các lỗ nhỏ giữa các sợi vải căng trên ô dù hoặc trên mui bạt ôtô; nước trong ông nhỏ giọt chỉ có thế thoát ra khỏi miệng óng khi giọt nước có kích thước đủ lớn.., II. Hiện tưựng dính ướt. Hiện tượng không dính ướt Khi chất lỏng tiếp xúc với chất rắn thì tùy theo bản chất của chất lỏng và chất rắn mà có thế xáy ra hiện tượng dính ướt hoặc không dính ướt. Khi lực hút giữa các phân tứ vật rắn và các phân tử chất lỏng mạnh hơn lực hút giữa các phân tử chất lỏng với nhau, thì có hiện tượng dính ướt. Khi lực hút giữa các phân tử vật rắn và các phân tử chất lỏng yếu hơn lực hút giữa các phân tứ chất lỏng với nhau, thì có hiện tượng không dính ướt. - Do hiện tượng dính ướt và không dính ướt mà sát mép chất lỏng với thành bình, mặt thoáng chất lỏng hơi bị cong gọi là mặt khum. Hiện tượng mao dẫn Mức chất lỏng trong Ống mao dẫn Hiện tượng mức chất lỏng bên trong các ống có đường kính trong nhỏ luôn dâng cao hơn hoặc hạ tháp hơn so với bề mặt chất lỏng ở bền ngoài ống gọi là hiện tượng mao dẫn. (Hình 25) Công thức tính độ cao chất lỏng dâng lên trong ông mao dẫn: h = -4- Dgd Trong đó ơ là hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng (N/m); D là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3); d là đường kính bên trong của ống (m); g là gia tốc trọng trường (m/s2) Stong = -y- = diện tích hình tròn Ta dễ dàng thấy R > h nên Shình trùn > SCãc hình khác Nên khi làm thí nghiệm như trong hình 37.2 SGK ta thấy vòng chỉ là hình tròn nên nó có diện tích lớn nhất. Như vậy, diện tích màng xà phòng nhỏ nhất tức là màng xà phòng co lại đế giảm diện tích của nó tới mức nhỏ nhât. Sxà phóng ~ Sđồng Bvòng chi C2. Hãy quan sát xem mặt bản nào bị dính ướt nước? Mặt bản nào không bị dính ướt nước? Trả lòi. Bản thủy tinh không phủ lớp nilon bị dính ước khi nhỏ nước vào, tức là lực kiên kết các phân tử nước yếu hơn lực hút cúa thủy tinh tác dụng lên nước. Nó làm phá vỡ liên kết của giọt nước và làm dính ướt thủy tinh. Bản thủy tinh có phú lớp nilon không dính ướt khi nhỏ nước vào do lực hút cúa các phân tử nước lớn hơn lực hút của thủy tinh, giọt nước không bị phá phá vỡ nên không dính ướt thủy tinh. C3. Hãy so sánh mực nước trong các ống thúy tinh với nhau và với bề mặt của nước ở bên ngoài các ống. Trả lời Ông càng nhỏ, mực nước trong ống mao dẫn càng dâng cao và có hình lõm, đồng thời cao hơn mặt nước trong chậu một đoạn h. c. GIẢI BÀI TẬP 1. Câu nào dưới đây không đúng khi nói về lực căng bề mặt của chất lỏng? Lực căng bề mặt tác dụng lên một đoạn đưừng nhỏ bất kì trên bề mặt chát lỏng có phương vuông góc với đoạn đường này và tiếp tuyến với bề mặt của chát lỏng. Lực căng bề mặt luôn có phương vuông góc với bề mặt của chất lỏng. c. Lực căng bề mặt có chiều làm giảm diện tích bề mặt của chất lỏng. D. Lực căng bề mặt tác dụng lên một đoạn đường nhỏ bất kì trên bề mặt chất lỏng có độ lớn f tỉ lệ với độ dài l của đoạn đường đó. Giải Chọn đáp án B. Lực căng bề mặt luôn có phương vuông góc với bề mặt của chất lỏng. Tại sao chiêc kim khâu có thể nồi trên mặt nước khi đặt nằm ngang? Vì chiếc kim không bị dính ướt nước. Vì khôi lượng của chiếc kim nhỏ hơn khôi lượng riêng của nước. c. Vì trọng lượng của chiêc kim đè lên mặt nước khi nằm ngang không thắng nổi lực đẩy Ác-si-mét. D. Vì trọng lượng của chiếc kim đè lên mặt nước khi nằm ngang không thắng nổi lực căng bề mặt của nước tác dụng lên nó. Giải Chọn đáp án D. Vì trọng lượng của chiếc kim đè lên mặt nước khi nằm ngang không thắng nổi lực căng bề mặt của nước tác dụng lên nó. Câu nào dưới đây không đúng khi nói về hiện tượng dính ướt và hiện tượng không dính ướt của chất lỏng? Vì thủy tinh bị nước dính ướt nên giọt nước nhỏ trên mặt bàn thủy tinh lan rộng thành một hình có dạng bất kì. Vì thủy tinh bị nước dính ướt nên bề mặt của nước ở sát thành bình thủy tinh có dạng mặt khum lõm. c. Vì thủy tinh không bị thủy ngân dính ướt nên giọt thủy ngân nhỏ trên mặt bàn thủy tinh vo tròn lại và bị dẹt xuống do tác dụng của trọng lực. D. Vì thủy tinh không bị thủy ngân dính ướt nên bề mặt của thủy ngân ở sát thành bình thủy tinh có dạng mặt khum lõm. Giải Chọn đáp án D. Vì thủy tinh không bị thủy ngân dính ướt nên bề mặt của thủy ngân ở sát thành bình thủy tinh có dạng mặt khum lõm. Tại sao nước mưa không lọt qua được các lỗ nhỏ tiên tấm vải bạt? Vì vải bạt bị dính ướt nước. Vì vải bạt không bị dính ướt nước. c. Vì lực căng bề mặt của nước ngăn cản không cho nước lọt qua các lỗ nhỏ của tấm bạt. D. Vì hiện tượng mao dẫn ngăn cản không cho nước lọt qua các lỗ trên tấm bạt. Giải Chọn đáp án c. Vì lực căng bề mặt của nước ngăn cản không cho nước lọt qua các lỗ nhỏ của tấm bạt. Tại sao dầu lại có dạng khối cầu nằm lơ lửng trong dung dịch rượu có cùng khôi lượng riêng với nó? Vì hợp lực tác dụng lên giọt dầu bằng không nên do hiện tượng căng bề mặt, làm cho diện tích bề mặt của giọt dầu co lại đến giá trị nhỏ nhất ứng với diện tích mặt cầu và nằm lơ lửng trong dung dịch rượu. Vì giọt dầu không chịu tác dụng của lực nào cả nên do hiện tượng căng bề mặt, diện tích bề mặt của giọt dầu co lại đến giá trị nhỏ nhất ứng với diện tích mặt cầu và nằm lơ lửng trong dung dịch rượu. c. Vì giọt dầu không bị dung dịch rượu dính ướt nên nó nằm lơ lửng trong dung dịch rượu. D. Vì lực căng bề mặt của dầu lớn hơn lực căng bề mặt của dung dịch rượu nên nó nằm lơ lửng trong dung dịch rượu. Giải Chọn đáp án D. Vì lực căng bề mặt của dầu lớn hơn lực căng bề mặt của dung dịch rượu nên nó nằm lơ lửng trong dung dịch rượu. Một vòng xuyến có đường kính ngoài là 44mm và đường kính trong là 40mm. Trọng lượng của vòng xuyến là 45mN. Lực bứt vòng xuyến này ra khỏi bề mặt của glixêrin ở 20°C là 64,3mN. Tính hệ số căng bề mặt của glixêrin ở nhiệt độ này. Giải Tổng lực căng bề mặt của nước tác dụng lên vòng xuyến là: Fc = F - p = 64,3 - 45 = 19,3 (mN) Tổng chu vi trong và ngoài của vòng xuyến là: L = 7i(D + d) = 3,14(44 + 40) = 276,32 (mm) Hệ số căng mặt ngoài của glixêrin ở 20°C là: F 19.3 ơ = Jc = „ = 0,07 (N/m). ĩc(D + d) 276.32 Một màng xà phòng được căng trên mặt khung đây đồng mảnh hình chữ nhật treo thẳng đứng, đoạn dây đồng ab dài 50mm và có thể trượt dễ dàng dọc theo chiều dài của khung (hình bên). Tính trọng lượng p của đoạn dây ab đế nó nằm cân bằng. Màng xà phòng có hệ số căng bề mặt là 0,04N/m. Giải Ta có: 50mm = 50.10 3m Lực căng bề mặt của màng xà phòng có tác dụng kéo thanh ab lên trên với độ lớn lực là: F = 2.Ơ.1 = 2.0,04.50.10“3 = 2.10’3 (N) Đế' thanh ab cân bằng thì trọng lực p = Fc hướng xuống dưới. Suy ra: p = 2.10 3 (N).