1. Почему время «оседлой жизни» молекул жидкости уменьшается с повышением температуры?
Время «оседлой жизни» молекул жидкости уменьшается с повышением температуры, потому что с увеличением температуры молекулы жидкости начинают двигаться быстрее, что снижает их время взаимодействия с другими молекулами. Это приводит к уменьшению времени, в течение которого молекулы остаются в определённом месте, прежде чем покинуть его.
2. Почему жидкости плохо сжимаются?
Жидкости плохо сжимаются, потому что молекулы в жидкости находятся достаточно близко друг к другу, и на них действуют силы притяжения. Эти силы, в отличие от газа, не позволяют молекулам сильно сближаться, а сама жидкость имеет большую плотность, чем газ, поэтому при приложении давления жидкость почти не изменяет свой объём.
3. Почему падающие дождевые капли имеют форму шара, хотя на них действует сила тяжести?
Падающие дождевые капли имеют форму шара из-за поверхностного натяжения, которое стремится минимизировать поверхность капли. Сила поверхностного натяжения действует на молекулы жидкости и приводит к тому, что капля принимает форму шара, минимизируя свою площадь поверхности при данном объёме.
4. Дайте определение поверхностного натяжения,
Поверхностное натяжение — это сила, которая действует на поверхность жидкости, стремясь уменьшить её площадь. Она возникает из-за молекулярных взаимодействий на поверхности жидкости, когда молекулы на границе с воздухом испытывают неравномерные силы притяжения со стороны молекул внутри жидкости, что приводит к «сжатию» поверхности.
5. Почему поверхностное натяжение уменьшается с повышением температуры?
Поверхностное натяжение уменьшается с повышением температуры, потому что при нагревании молекулы жидкости начинают двигаться быстрее, что ослабляет молекулярные силы притяжения на поверхности. Это приводит к тому, что молекулы на поверхности жидкости испытывают меньшие силы притяжения друг к другу, и поверхность становится менее «натянутой».
1. Почему насекомые-водомерки могут быстро скользить по поверхности воды, не погружаясь в неё?
Насекомые-водомерки могут быстро скользить по поверхности воды, не погружаясь в неё, благодаря поверхностному натяжению воды. Сила поверхностного натяжения удерживает их на поверхности, образуя «плотную» плёнку, которая поддерживает их массу. Это позволяет им передвигаться по воде, не нарушая её поверхности.
2. Капля воды вытекает из вертикальной стеклянной трубки диаметром 2 мм. Найдите массу капли, если поверхностное натяжение воды равно 73 мН/м.
Для нахождения массы капли, вытекающей из вертикальной трубки, можно воспользоваться следующим подходом. Из теории капель можно использовать формулу для массы капли, которая определяется через поверхностное натяжение.
Сначала определим объём капли. Объём капли можно выразить через диаметр трубки, используя уравнение для объёма капли, которая вытекает из трубки диаметром d:
V = (π * d² * h) / 4, где h — высота, на которой вытекла капля. Однако для упрощения воспользуемся принципом, что диаметр капли пропорционален диаметру трубки.
Масса капли определяется через объём и плотность воды. Но если нужно найти массу, можно воспользоваться формулой для силы, с которой капля отрывается от трубки, которая связана с поверхностным натяжением. Сила, действующая на каплю, равна:
F = 2 * π * r * γ,
где r — радиус трубки (d/2), γ — поверхностное натяжение.
Масса капли связана с силой тяжести:
F = m * g, где m — масса капли, g — ускорение свободного падения.
Решая уравнение F = m * g, получаем:
m = (2 * π * r * γ) / g.
Теперь подставим известные данные:
γ = 73 мН/м = 73 * 10^-3 Н/м, r = d / 2 = 2 мм / 2 = 1 мм = 1 * 10^-3 м, g ≈ 9.8 м/с². m = (2 * π * 1 * 10^-3 м * 73 * 10^-3 Н/м) / 9.8 м/с²
m ≈ (2 * 3.14 * 1 * 10^-3 * 73 * 10^-3) / 9.8 ≈ 4.7 * 10^-5 кг = 0.047 г.
Ответ: масса капли составляет примерно 0.047 г.
3. С помощью пипетки отмерили 76 капель минерального масла. Их масса оказалась равной 910 мг. Определите поверхностное на-тяжение масла, если диаметр отверстия пипетки 1,2 мм.
Для определения поверхностного натяжения масла можно воспользоваться формулой, связывающей массу капель с поверхностным натяжением и диаметром отверстия пипетки.
Формула для массы капли:
M = 2 * π * r * γ, где:
M — масса одной капли, r — радиус отверстия пипетки (половина диаметра), γ — поверхностное натяжение. Итак, для решения задачи, сделаем следующее:
Рассчитаем массу одной капли: M_капли = 910 мг / 76 = 12 мг = 12 * 10^-3 г.
Переведем массу в килограммы: M_капли = 12 * 10^-6 кг.
Радиус отверстия пипетки: r = 1,2 мм / 2 = 0,6 мм = 0,6 * 10^-3 м.
Подставим в формулу для массы капли и выразим поверхностное натяжение γ: M_капли = 2 * π * r * γ.
γ = M_капли / (2 * π * r).
Подставим значения:
γ = (12 * 10^-6 кг) / (2 * 3,14 * 0,6 * 10^-3 м) ≈ 3,18 * 10^-2 Н/м.
Ответ: поверхностное натяжение масла равно примерно 0,0318 Н/м.
4. Какую работу надо совершить, чтобы выдуть мыльный пузырь радиусом 3 см, если поверхностное натяжение мыльного раствора 0,04 Н/м?
Чтобы выдуть мыльный пузырь, нужно совершить работу, которая связана с изменением поверхности пузыря. Работа, необходимая для создания пузыря, определяется через изменение площади поверхности пузыря.
Работа, совершаемая при образовании пузыря, вычисляется по формуле:
A = γ * ΔS,
где:
A — работа, γ — поверхностное натяжение, ΔS — изменение площади поверхности. Для мыльного пузыря с радиусом r работа будет связана с образованием двух поверхностей (внешней и внутренней) и изменением площади поверхности. Площадь поверхности пузыря (с двумя слоями) равна:
S = 4 * π * r² (для одной оболочки).
Площадь поверхности пузыря с двумя слоями (внешний и внутренний) будет:
ΔS = 8 * π * r².
Теперь подставим радиус пузыря (r = 3 см = 0,03 м) и поверхностное натяжение (γ = 0,04 Н/м):
ΔS = 8 * π * (0,03)² ≈ 8 * 3,14 * 0,0009 ≈ 0,0225 м².
Теперь вычислим работу:
A = γ * ΔS = 0,04 Н/м * 0,0225 м² = 0,0009 Дж.