НПСФ 2011, Специална тема — Задача 3. Повърхностно напрежение

Национално пролетно състезание по физика, Велико Търново, 26 февруари 2011 г. — Специална тема · 26 февруари 2011 г. · 10 т.

Условие

Част 1.

Херметически затворен буркан е напълнен изцяло с вода. Освен водата, на дъното на буркана се намират и два малки въздушни мехура, както е показано на Фигура 3а. Двата мехура бавно се сливат и образуват един по-голям мехур, както е показано на Фигура 3б. Налягането на гърлото на буркана е P0P_0, първоначалният радиус на двата мехура е R0R_0, а коефициентът на повърхностно напрежение на водата е σ\sigma. Считайки, че процесът на сливането на мехурите е изотермен, намерете:

а) Радиуса RR на новообразувалият се мехур. [1т] [1 т.]

б) Изменението на налягането при гърлото на буркана ΔP\Delta P. [3т] [3 т.]

Упътване: Считайте, че размерите на мехурите са пренебрежимо малки в сравнение с размерите на буркана. Също така приемете, че водата е несвиваема, а въздухът в мехурите е идеален газ.

Фигура 3а. Двата мехура в затворения буркан.
Фигура 3б. Слетият мехур в същия буркан.

Част 2. (3 т.)

Два сапунени мехура, които се намират във въздух, имат радиуси R1R_1 и R2R_2. Двата мехура се сливат бавно в един мехур с радиус R0R_0. Считайки, че процесът на сливането на мехурите е изотермен, намерете коефициента на повърхностно напрежение σ\sigma за сапунения разтвор, ако атмосферното налягане е Pat.P_{at.}.

Упътване: Приемете, че въздухът в мехурите и извън него е идеален газ.

Част 3. (3 т.)

Две еднакви капки живак с радиус R0R_0 се намират при една и съща температура T0T_0. Ако повърхностното напрежение на живака е σ\sigma, топлинният му капацитет е cc, а плътността му е ρ\rho, то намерете температурата на капката живак, която се е образувала от сливането на двете капки. Пренебрегнете разширението на живака и топлообмена с околната среда.

Решение


Оригинал в Архива: proletni_2011_STproblems.pdf · официални решения: proletni_2011_STsolutions.pdf · допълнителни данни: ST_spec.pdf