Phương pháp giải và bài tập về Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng chọn lọc

Tài liệu Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng gồm nội dung chính sau:

–          Tóm tắt lý thuyết và phương pháp giải ngắn gọn Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng.

1.      Ví dụ minh họa

–          Gồm 6 ví dụ minh họa đa dạng có đáp án và lời giải chi tiết Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng.

2.      Bài tập tự luyện

–          Gồm 19 bài tập tự luyện có đáp án và lời giải chi tiết giúp học sinh tự rèn luyện cách giải Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng.

Mời các quý thầy cô và các em học sinh cùng tham khảo và tải về chi tiết tài liệu dưới đây:

Các hiện tuợng bề mặt của chất lỏng

I. Hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng.

1. Thí nghiệm.

Chọc thủng màng xà phòng bên trong vòng dây chi ta thấy vòng dây chi được căng tròn. Hiện tượng cho thấy trên bề mặt màng xà phòng đã có các lực nằm tiếp tưyến với bề mặt màng và kéo nó căng đều theo mọi phượng vuông góc với vòng dây chi.

Những lực kéo căng bề mặt chất lỏng gọi là lực căng bề mặt chất lỏng.

2. Lực căng bề mặt.

Lực căng bề mặt tác dựng lên một đoạn đường nhỏ bất kì trên bề mặt chất lỏng luôn 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 của chất lỏng và có độ lớn ti lệ thuận với độ dài của đoạn đường đó:  $f=\sigma \mathcal{l}$.

Với $\sigma$ là hệ số căng mặt ngoài, có đơn vị là N/m.

Hệ số $\sigma$ phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ của chất lỏng: $\sigma$ giảm khi nhiệt độ tăng.

3. Ứng dụng.

Nhờ có lực căng mặt ngoài nên nước mưa không thể lọt qua các lổ nhỏ giữa các sợi vải căng trên ô dù hoặc trên các mui bạt ôtô.

Hoà tan xà phòng vào nước sẽ làm giảm đáng kế lực căng mặt ngoài của nước, nên nước xà phòng dễ thấm vào các sợi vải khi giặt để làm sạch các sợi vải, …

Lực căng mặt ngoài tác dụng lên vòng:  $F_C=\sigma .2\pi d$

Với d là đường kính của vòng dây, πd là chu vi của vòng dây.

Vì màng xà phòng có hai mặt trên và dưới phải nhân đôi.

Xác định hệ số căng mặt ngoài bằng thí nghiệm:

Số chỉ của lực kế khi bắt đầu nâng được vòng nhôm lên: F = F_C + P

$\Rightarrow F_C=F-P.$ Mà  $F_C=\sigma \pi \left(D+d\right)\Rightarrow \sigma =\frac{F_C}{\pi \left(D+d\right)}$

II. Hiện tượng dính ướt và không dính ướt.

 1. Thí nghiệm.

Giọt nước nhò lên bản thuỷ tinh sẽ bị lan rộng ra thành một hình dạng bất kỳ, vì nước dính ướt thuỷ tinh.

Giọt nước nhỏ lên bản thuỷ tinh phủ một lớp nilon sẽ vo tròn lại và bị dẹt xuống do tác dụng của trọng lực, vì nước không dính ướt với nilon.

Bề mặt chất lỏng ở sát thành bình chứa nó có dạng mặt khum lỏm khi thành bình bị dính ướt và có dạng mặt khum lồi khi thành bình không bị dính ướt.

2. Ứng dụng.

Hiện tượng mặt vật rắn bị dính ướt chất lỏng được ứng dụng để làm giàu quặng theo phương pháp “tuyến nổi”.

III. Hiện tượng mao dẫn.

1. Thí nghiệm.

Nhúng các ống thuỷ tinh có đường kính trong nhỏ vào trong chất lỏng ta thấy:

+ Nếu thành ống bị dính ướt, mức chất lỏng bên trong ống sẽ dâng cao hơn bề mặt chất lỏng ở ngoài ống và bề mặt chất lỏng trong ống có dạng mặt khum lỏm.

+ Nếu thành ống không bị dính ướt, mức chất lỏng bên trong ống sẽ hạ thấp hơn bề mặt chất lỏng ở ngoài ống và bề mặt chất lỏng trong ống có dạng mặt khum lồi.

+ Nếu có đường kính trong càng nhỏ, thì mức độ dâng cao hoặc hạ thấp của mức chất lỏng bên trong ống so với bề mặt chất lỏng ở bên ngoài ống càng lớn.

Hiện tượng mức chất lỏng ở bên trong các ống có đường kính nhỏ luôn dâng cao hơn, hoặc hạ thấp hơn so với bề mặt chất lỏng ở bên ngoài ống gọi là hiện tượng mao dẫn. Các ống trong đó xảy ra hiện tượng mao dẫn gọi là ống mao dẫn.

Hệ số căng mặt ngoài ơ càng lớn, đường kính trong của ống càng nhỏ mức chênh lệch chất lỏng trong ống và ngoài ống càng lơn.

2. Ứng dụng.

Các Ống mao dẫn trong bộ rễ và thân cây dẫn nước hoà tan khoáng chất lên nuôi cây. Dầu hoả có thể ngấm theo các sợi nhỏ trong bấc đèn đến ngọn bấc để cháy.

IV. VÍ DỤ MINH HỌA

Câu 1. Màng xà phòng tạo ra trên khung dây thép hình chữ nhật có cạnh MN bằng lũcm di chuyển được. Cần thực hiện công bao nhiêu để kéo cạnh MN di chuyển 5cm để làm tăng diện tích màn xà phòng? σ = 0,04N / m.

Giải:

Áp dụng công thức: A = F_C. s = 2. σ.L.s = 2.0,04.0,1.0,05 = 4.10⁻⁴ (J )

Câu 2. Cho rượu vào ống nhỏ giọt, đường kính miệng miệng ống 2mm, khối lượng của mỗi giọt rượu là 0,0151g. Lây g = 10m/s². Suất căng mặt ngoài của rượu là?

Giải:

Trọng lượng của giọt rượu bằng lực căng bề mặt: F_C = p = m.g = 1,51.l0⁻⁴ N

Mà:  $P=F_{\sigma }\Rightarrow mg=\pi d\sigma$ $\Rightarrow \sigma =\frac{F_C}{\pi .d}=\frac{1,{51.10}^{-4}}{3,{\mathrm{14.2.10}}^{-3}}=24,{04.10}^{-3}N/m$

Câu 3. Một đơn thuốc có ghi: Mỗi ngày uống hai lần, mỗi lần 15 giọt. Tính khối lượng thuốc uống mỗi ngày. Biết suất căng mặt ngoài của thuốc là 8,5.10⁻²N/m, ống nhỏ giọt có đường kính 2mm. Cho g = 10m/s².

Giải:

Ta coi rằng khi giọt thuốc rơi, trọng lượng giọt thuốc đúng bằng lực căng mặt ngoài tác dụng lên đường tròn giới hạn ở miệng ống.  $P=F_{\sigma }\Rightarrow mg=\pi d.\sigma$

Vậy khối lượng một giọt nước là: $m_1=\frac{\pi d\sigma }{g}=\frac{3,14.8,{5.10}^{-2}\mathrm{.2.10}}{10}=$ = 53,38.10 (kg)

Khối lượng thuốc uống mỗi ngày là:$m=30m_1=1,{60.10}^{-2}$ /kg = 16g

Câu 4. Để xác định hệ số căng bề mặt của nước, người ta dùng ống nhỏ giọt mà đầu dưới của Ống có đường kính trong 2mm. Khối lượng 40 giọt nước nhỏ xuống là l,9g. Xác định hệ số căng bề mặt, coi trọng lượng giọt nước đúng bằng lực căng bề mặt lên giọt.

Giải:

Khi giọt nước bắt đầu rơi ta coi trọng lượng giọt nước đúng bằng lực căng mặt ngoài tác dụng lên vòng tròn trong của ống.

Vậy ta có:  $P=F_0\Rightarrow mg=\pi d\sigma \Rightarrow \sigma =\frac{mg}{\pi d}$

+ Khối lượng một giọt nước là:  $m=\frac{1,9}{40}=0,0475g=0,{0475.10}^{-3}kg$

$\Rightarrow \sigma =\frac{0,{0475.10}^{-3}.10}{3,{\mathrm{14.2.10}}^{-3}}=\frac{0,475}{6,28}=0,0756N/m$

Xem thêm