Global EE

Механика — Задание 18 ОГЭ по физике №00002231

Задание №18. Текстовая Качественная Задача

Механика

№2. Задание 18

ID: 00002231

Поверхностное натяжение

Согласно условиям плавания, тело тонет в жидкости, если средняя плотность этого тела больше плотности жидкости. Так, металлическая скрепка должна утонуть в воде (плотность металла больше плотности воды). Однако если скрепку осторожно поместить на поверхность воды (рисунок 1), то она не тонет. Поверхность воды работает как некая упругая плёнка.

Рисунок к заданию 18 ОГЭ по физике — Механика

Объясняется этот опыт следующим образом. Молекулы воды на глубине окружены соседними молекулами со всех сторон. На поверхности же молекулы воды притягиваются к соседним молекулам только сбоку и снизу (рис 2). В результате возникают силы, заставляющие поверхность воды сжиматься. Именно поверхностное натяжение является причиной образования капель почти сферической формы, поскольку наименьшую площадь поверхности при неизменном объёме имеет шар.

Рисунок к заданию 18 ОГЭ по физике — Механика

Поверхностное натяжение в жидкости характеризуется коэффициентом поверхностного натяжения (сила поверхностного натяжения пропорциональна коэффициенту поверхностного натяжения). Коэффициент зависит от природы жидкости, а также от её температуры.

Коэффициент поверхностного натяжения жидкостей (при 20 °C)

Жидкость

σ, мН/м

Вода

73

Бензин

21

Керосин

24

Молоко

46

Спирт

22

Сила поверхностного натяжения жидкости, направленная по касательной к поверхности жидкости в районе "шейки" капли, влияет на массу капли, которая отрывается от отверстия крана. По мере роста размера капли сила тяжести, действующая на неё, увеличивается, в и тот момент, когда она превышает уравновешивающую её силу поверхностного натяжения, капля отрывается.

Рисунок к заданию 18 ОГЭ по физике — Механика

Будет ли изменяться (и если будет, то как) объём падающих из капельницы капель, если воду заменить на спирт? Прочие условия неизменны. Ответ поясните.

Источник: ФИПИ

Решение

Разбор:

Анализируем условие равновесия капли перед отрывом. Капля удерживается силой поверхностного натяжения $F_{\sigma}$ и отрывается, когда сила тяжести $mg$ её превысит: $$mg = F_{\sigma} = \sigma \cdot L$$ где $L$ — длина контура шейки капли (при прочих равных условиях не меняется), $\sigma$ — коэффициент поверхностного натяжения. Из этого условия масса капли в момент отрыва: $$m = \frac{\sigma \cdot L}{g}$$ Сила поверхностного натяжения прямо пропорциональна коэффициенту $\sigma$. При замене воды на спирт коэффициент поверхностного натяжения уменьшается: $$\sigma_{\text{спирт}} \lt \sigma_{\text{вода}}$$ Следовательно, уменьшается сила натяжения $F_{\sigma}$, и капля отрывается при меньшей массе: $$m_{\text{спирт}} \lt m_{\text{вода}}$$ Меньшая масса → меньший объём капли.

Вывод:

Объём капель уменьшится. При переходе от воды к спирту коэффициент поверхностного натяжения $\sigma$ уменьшается, уменьшается уравновешивающая сила натяжения, и капля отрывается при меньшей массе (и меньшем объёме).

Ответ

уменьшится

Видеоразбор

Другие задания по теме «Механика» (8)