ЗОВНІШНЄ НЕЗАЛЕЖНЕ ОЦІНЮВАННЯ 2018 - ФІЗИКА КОМПЛЕКСНЕ ВИДАННЯ

Частина ІІ ПРИЙОМИ РОЗВЯЗУВАННЯ ТИПОВИХ ЗАДАЧ

МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА І ТЕРМОДИНАМІКА

3. ВЛАСТИВОСТІ ГАЗІВ, РІДИН І ТВЕРДИХ ТІЛ

3.1. Задачі на явище поверхневого натягу рідини та капілярні явища (див. п. 4.1, с. 70; п. 4.2.2, с. 71)

3.1.1.* Для визначення поверхневого натягу рідини методом відривання крапель піпеткою, яку тримають вертикально, накрапали 250 крапель загальною масою 1,57 г. Діаметр вихідного отвору пінетки становить 0,4 мм. Чому дорівнює поверхневий натяг рідини за результатами досліду? Вважайте, що діаметр шийки краплі у момент відривання від піпетки дорівнює діаметру отвору, g = 10 м/с2, = 3,14.

А

Б

В

Г

25 мН/м

50 мН/м

100 мН/м

157 мН/м

Розв'язання

Крапля утримується біля отвору піпетки завдяки силі поверхневого натягу.

На краплю діють дві сили — сила тяжіння: Fтяж = m0g і сила поверхневого натягу рідини:

Fпoв = l.

Безпосередньо перед відривом крапля перебуває у стані спокою, тому Fтяж = Fпов, тобто m0g = l.

Оскільки m0 = , а l = 2r = d (довжина кола), то = ∙ (d) = = = 0,05 ().

Відповідь: Б.

На ЗНО у завданнях часто розглядається явище поверхневого натягу рідшій, зазвичай це задачі па умову рівноваги тіл під дією кількох сил, однією з яких є сила поверхневого натягу рідини.

Під час розв'язування подібних задач слід виконати рисунок, зобразити сили, які діють на тіло, записати умову рівноваги та формули для визначення сил.

Сила поверхневого натягу розраховується за формулою

Fпов = l,

де поверхневий натяг рідини;

l - довжина лінії, яка обмежує площину дотику тіла з поверхнею рідини.

Сила пов напрямлена вздовж поверхні рідини й намагається зменшити (стягнути) цю поверхню.

3.1.2.* Дротяна рамка масою 7 г має форму квадрата зі стороною 5 см і дотикається до поверхні мильного розчину усіма чотирма сторонами. Яку силу (у ньютонах) треба прикласти, щоб відірвати рамку від поверхні рідини, якщо поверхневий натяг мильного розчину 40 мH/м? Вважайте змочування повним, g = 10 м/с2.

Розв'язання

На рамку діють три сили (див. рисунок): сила , що намагається відірвати рамку; сила тяжіння: Fтяж = mg; сила поверхневого натягу рідини: Fпов = l.

Безпосередньо перед відривом від поверхні рідини рамка перебуває у стані спокою, тому F = Fтяж + Fпов, тобто F = mg + l.

Оскільки сила поверхневого натягу діє й на внутрішню, і на зовнішню сторони дротини, а довжина дроту дорівнює 4а — периметр квадрата, то l = 2 ∙ 4а.

Отже, маємо:

F = mg + ∙ 8а = 7 ∙ 10-3 . 10 + 40 ∙ 10-3 ∙ 8 ∙ 5 ∙ 10-2 = 86 ∙ 10-2 (Н).

Відповідь: 0,086 Н.

Зверніть увагу: якщо тіло перебуває па поверхні рідини, то сила поверхневого натягу напрямлена:

• вертикально вниз, якщо рідина змочує тіло;

• вертикально вгору, якщо рідина не змочує тіло.

Сила поверхневого натягу діє вздовж усієї лінії, що обмежує площину дотику тіла до поверхні рідини.

3.1.3.* Вертикальний капіляр з обома відкритими в повітря кінцями може втримати стовпчик води максимальної висоти 15 мм. Визначте, на яку висоту піднімається вода у капілярі, один кінець якого занурений у воду, а другий відкритий у повітря.

А

Б

В

Г

7,5 мм

15 мм

30 мм

45 мм

Розв'язання

У задачі розглядаються два випадки.

1) У повітря відкриті обидва кіпці капіляру (рис. 1).

На стовпчик води діють три сили: сила тяжіння: Fтяж = m1g; сила поверхневого натягу, прикладена до верхньої поверхні води: Fпов = l ; сила поверхневого натягу, прикладена до нижньої поверхні води: Fпoв = l.

Оскільки стовпчик перебуває у стані рівноваги, то

Fтяж = 2Fпов, тобто

m1g = 2l. (1)

Зверніть увагу: якщо рідина перебуває у вертикальному капілярі, то сила поверхневого натягу напрямлена:

• вертикально вгору, якщо рідина змочує тіло;

• вертикально вниз, якщо рідина не змочує тіло.

Рис. 1

2) У повітря відкритий один кінець капіляру (рис. 2).

На стовпчик води діють дві сили: сила тяжіння: Fтяж = m2g; сила поверхневого натягу, прикладена до верхньої поверхні води: Fпов = l.

Fтяж = Fпов, тому

m2g = l. (2)

Поділимо почленно рівняння (1) на рівняння (2):

= = 2.

Масу води у капілярі можна розрахувати за формулою

m = pV = рSh.

Отже,

= = 2 = 2 h2 = .

За умовою задачі: h1 = 15 мм h2= 7,5 мм.

Відповідь: А.

Рис. 2

Задачі для самостійного розв'язання

3.1.4. Дерев'яний брусок об'ємом 125 см3 лежить на поверхні води. Для того щоб відірвати брусок від поверхні води, треба прикласти силу 0,58 Н. Визначте периметр грані, якою брусок дотикається до поверхні води. Вважайте змочування повним, g = 10 м/с2. Густина дерева дорівнює 0,4 г/см3, поверхневий натяг води — 0,08 Н/м.

A

Б

В

Г

0,05 м

0,2 м

1 ммм

1,4 м

3.1.5. У вертикальному капілярі діаметром 1,6 мм рідина густиною 1000 кг/м3 піднялася на 1 см. Визначте (у міліньютонах на метр) поверхневий натяг цієї рідини. Вважайте, що g = 10 м/с2, а змочування повним.






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.