Теоретические замечания

Вывод рабочей формулы

Пусть из тонкого капиллярного отверстия вытекает жидкость в виде капель.
Рассмотрим процесс их образования.
Вытеканию жидкости из капилляра препятствует поверхностная пленка, затягивающая образовавшееся отверстие. Под действием силы тяжести пленка прогибается, растягивается и увеличивается, стремясь приобрести сферическую форму. В некоторый момент у капли появляется перетяжка (“шейка“), радиус которой можно приблизительно считать равным радиусу капилляра. По окружности этой перетяжки действуют силы поверхностного натяжения, препятствующие отрыву капли. Эти силы направлены по касательной к поверхности жидкости и перпендикулярно границе перетяжки, т.е. вертикально. Равнодействующую этих сил ввиду симметричной формы контура можно считать приложенной в центре сечения “шейки ”. Силы поверхностного натяжения, приложенные к капле со стороны вышележащих частиц жидкости, направлены вверх. В то же время к жидкости в капилляре со стороны капли приложены силы поверхностного натяжения, направленные вниз.
Таким образом, силы поверхностного натяжения препятствует отрыву капли, но, если он все же происходит, обе поверхности разрыва под действием этих сил принимают сферическую форму. Силу поверхностного натяжения при отрыве капли можно подсчитать, зная радиус перетяжки:
f =2πrα ,
где r - радиус перетяжки, - длина окружности перетяжки, α- коэффициент поверхностного натяжения жидкости.
В момент отрыва капли является равенство силы тяжести и силы поверхностного натяжения:
mg =2πrα
Отсюда:
mg
α=
2πr Если известны m и r , то можно определите α.
Измерить радиус перетяжки очень сложно, поэтому на практике часто пользуются методом сравнения коэффициентов поверхностного натяжения двух жидкостей – исследуемой и эталонной (коэффициент поверхностного натяжение которой уже известно). В качестве эталонной жидкости обычно используют дистиллированную воду. Тогда:
2πr₀α₀ = mg , 2πrα= mg
Считая r = r₀ и поделив почленно второе равенство на первое, получим:
α m

= , α0 m0
Откуда
m
α− α₀ . /3/
m₀
где α₀ – коэффициент поверхностного натяжения эталонной жидкости.(см., табл. .)
Остается эксперементально определить вес отрывающихся капель исследуемой и эталонной гидкостей. Экспериментальная установка состоит из
сосуда, снабженного краном и оканчивающегося
к апіляром (рис.3). Сосуд укреплен на подставке в вертикальном положении. С помощью крана обеспечивают такое истичение жидкости, чтобы число капель, отрывающихся в минуту, было порядка 15-20.
Работа производится в следующей последавательности:

1. 
   Взвешивают пустой стаканчик.
   
2. 
   Регулируют скорость отрыва капли.
   
3. 
   Устонавливают стаканчик под. краном и Рис.3 отсчитывают в него 50 капель эталонной жидкости.
   
4. 
   Взвешивают стаканчик с эталонной жидкостью.
   

производят все измерения в том же порядке, что и с эталонной жидкостью.
Пусть m - маса пустого стаканчика;
m - масса стаканчика с эталонной жидкостью; m - масса стаканчика с исследуемой жидкостью; N - число капель эталанной жидкости;
N - число капель исследуемой жидкости;
m² − m¹
Тогда вес одной капли эталонной жидкости m = , а масса одной капли капли N₀
m³ − m²
исследуемой жидкости m = N
Все взвешивания проводятся на аналитических весах. Результаты измерений записываются в таблицу.
Определение масса капли эталонной жидкости при t =
Таблица 1

№ опыта