Съдържание

ВсОШ 2010, Заключителен етап, 9–11 клас — Задача 2 (10 кл.). 10 класс — Поверхностное натяжение

Оригинал на условието (PDF)Съобщи за грешка

Всички материали от ВсОШ 2010

XLIV Всероссийская олимпиада школьников по физике — Экспериментальный тур · 15 т.

Издание и авторы

Белгород, 2010 г. Методическое пособие.

Комплект задач подготовлен методической комиссией по физике при центральном оргкомитете Всероссийских олимпиад школьников. Телефоны: (495) 408-80-77, 408-86-95. E-mail: physolymp@gmail.com

Класс	Задача 1	Задача 2
9	Соловьёва К.	Старков Г.
10	Шевченко В.	Кудряшова Н., Бычина О.
11	Проскурин М.	Дорошенко А.

Общая редакция — Козел С., Слободянин В.

Оформление и вёрстка — Сметнёв Д.

При подготовке оригинал-макета использовалась издательская система LaTeX 2ε. © Авторский коллектив. Подписано в печать 16 апреля 2010 г. в 01:40.

141700, Московская область, г. Долгопрудный, Московский физико-технический институт.

Условие

1. Изготовьте из листа тонкого картона пружинные весы. Один из возможных вариантов весов приведён на рисунке 5.

2. Предложите способ градуировки изготовленных вами весов и проградуируйте их.

3. Измерьте коэффициент поверхностного натяжения $\sigma$ выданной вам жидкости. Для этого вы можете воспользоваться методом отрыва. Суть метода заключается в следующем.

Изготовьте измерительную пластину с «ножками» (рис. 6). «Ножки» нужны для защиты плёнки от бокового отрыва. Если опустить пластину в исследуемую жидкость, а затем медленно поднимать, то в момент отрыва пластины от поверхности жидкости со стороны жидкости на пластину будет действовать сила поверхностного натяжения $F_\sigma$ . Приведите формулу для этой силы. Постройте график экспериментальной зависимости разницы показаний весов в момент отрыва и после успокоения колебаний от расстояния между ножками $L$ . По графику определите $\sigma$ .

Примечание. Не касайтесь воды и кромки измерительной пластины пальцами, так как это может сильно повлиять на результаты ваших измерений.

Оборудование. Лист тонкого плотного картона, лист офисной бумаги формата А4 с поверхностной плотностью $80\ \text{г/м}^2$ , ванночка с исследуемой жидкостью, подставка, две канцелярские кнопки, ножницы, линейка, бумажная салфетка для поддержания рабочего места в чистоте.

Решение

На измерительную пластину, помещённую в жидкость, в момент отрыва от поверхности жидкости действует сила $F_\sigma=2\sigma L$ . В этой формуле коэффициент 2 появляется из-за того, что у плёнки две поверхности.

Сделаем из листа плотного картона пружинные весы. Из офисной бумаги сделаем прямоугольные разновесы, массу которых вычислим, определив площадь разновеса и умножив на известную поверхностную плотность. Проведём калибровку весов, отмечая какое отклонение соответствует массе нагрузки. Из оставшейся бумаги сделаем измерительную пластину с «ножками». На противоположном конце пластины сделаем сгиб (крючок) и взвесим пластину на весах.

Будем поднимать ванночку с жидкостью до тех пор, пока не произойдёт соприкосновение жидкости и пластины. После этого будем медленно опускать ванночку и заметим показания весов $M$ в момент отрыва пластины от поверхности жидкости. После этого определим массу пластины $m_0$ (определять массу стоит после касания пластины жидкости, так как бумага смачивается жидкостью и её масса увеличивается). Вычислим коэффициент поверхностного натяжения по формуле:

\sigma=\frac{(M-m_0)g}{2L}.

Повторим эксперимент несколько раз, изменяя $m_0$ и $L$ . Построим график зависимости $(M-m_0)$ от $L$ . Экспериментальные точки ложатся на прямую с наклоном $2\sigma/g$ . Определим среднее значение $\sigma$ и вычислим погрешность.

При надлежащей аккуратности значение коэффициента поверхностного натяжения находится с относительной погрешностью около $10\%$ .

Критерии оценивания

Критерий	Баллы
Произведена градуировка весов	4
Приведено выражение для $F_\sigma$	2
Приведены измерения при различных значениях $m$ , $L$	3
Построен график зависимости $(M-m_0)$ от $L$	2
Получен верный результат для $\sigma$	3
Определена погрешность определения $\sigma$	1

Оригинал в Архива: finalE10.pdf