Тепловые Явления — Задание 19 ОГЭ по физике №00040136

Что дано

Неплотно закрытый кран самовара, из него срываются капли воды. Самовар постепенно остывает — значит и вода, вытекающая из крана, становится всё холоднее. Всё остальное (размер отверстия, сама вода) не меняется. Вопрос — что происходит с массой отдельной капли.

Идея

Условие само описывает, как живёт капля: пока она висит на отверстии, её держит сила поверхностного натяжения — та самая, что действует по касательной к поверхности в районе «шейки» капли. Поверхность жидкости ведёт себя как натянутая плёнка и стягивает шейку, не давая капле упасть.

Капля растёт, вместе с ней растёт действующая на неё сила тяжести $F_т=mg$. Момент отрыва — это момент, когда сила тяжести пересилит удерживающую силу: примерно при $mg = F_{пов}$. Отсюда масса оторвавшейся капли:

$$m=\frac{F_{пов}}{g}$$

То есть чем сильнее плёнка держит каплю, тем более тяжёлой капля успевает вырасти, прежде чем сорвётся.

При чём тут температура

Сила поверхностного натяжения зависит от того, насколько крепко молекулы воды притягивают друг друга у поверхности. Чем горячее жидкость, тем быстрее движутся её молекулы и тем слабее это стягивающее действие: поверхностное натяжение воды уменьшается с ростом температуры и растёт при остывании.

Разбираем

Самовар остывает → температура воды падает → поверхностное натяжение растёт → удерживающая сила $F_{пов}$ становится больше → по формуле $m=F_{пов}/g$ растёт и масса капли, которая нужна, чтобы её оторвать.

Вывод

Масса капель будет меняться — она постепенно увеличивается по мере остывания самовара, капли становятся всё крупнее.