Pindpinevus nacl. Meistriklass “Vee pindpinevus”

Punktis 7.1 Arvestati katsetega, mis näitavad vedeliku pinna kalduvust kokku tõmbuda. See kokkutõmbumine on põhjustatud pindpinevusest.

Pindpinevusjõuks nimetatakse jõudu, mis toimib piki vedeliku pinda, mis on risti seda pinda piirava joonega ja kipub seda vähendama.

Pindpinevuse mõõtmine

Pindpinevusjõu mõõtmiseks teeme järgmise katse. Võtke ristkülikukujuline traatraam, mille üks külg AB pikkus l suudab liikuda väikese hõõrdumisega vertikaaltasandil. Kastes raami seebilahusega anumasse, saame sellele seebikile (joon. 7.11, a). Niipea, kui eemaldame raami seebilahusest, traat AB hakkab kohe liikuma. Seebikile kahandab oma pinda. Seetõttu edasilükkamise kohta AB traadiga risti kile suunas suunatud jõud. See on pindpinevusjõud.

Traadi liikumise vältimiseks peate sellele rakendama jõudu. Selle jõu tekitamiseks võite kinnitada traadi külge pehme vedru, mis on kinnitatud statiivi alusele (vt joonis 7.11, o). Vedru elastsusjõud koos traadile mõjuva gravitatsioonijõuga annab kokku resultatiivse jõu Et traat oleks tasakaalus, on vajalik, et võrdsus
, Kus - kile ühelt pinnalt traadile mõjuv pindpinevusjõud (joonis 7.11, b).

Siit
.

Millest sõltub pindpinevusjõud?

Kui juhet liigutatakse vahemaa võrra allapoole h, siis väline jõud F 1 = 2 F teeb töö ära

(7.4.1)

Vastavalt energia jäävuse seadusele on see töö võrdne filmi energia (antud juhul pinna) muutusega. Seebikile ala esialgne pinnaenergia S 1 võrdne U n 1 = = 2σS 1 , kuna kilel on kaks sama ala pinda. Lõplik pinnaenergia

Kus S 2 - kile pindala pärast traadi kaugusele liigutamist h. Seega

(7.4.2)

Võrdstades avaldiste (7.4.1) ja (7.4.2) paremad küljed, saame:

Siit ka pinnakihi piirile mõjuv pindpinevusjõud pikkusega l, on võrdne:

(7.4.3)

Pindpinevusjõud on suunatud tangentsiaalselt pinna suhtes risti pinnakihi piiriga (risti traadiga AB sel juhul vaata joonist fig. 7.11, a).

Pindpinevusteguri mõõtmine

Vedelike pindpinevuse mõõtmiseks on palju võimalusi. Näiteks pindpinevuse a saab määrata joonisel 7.11 näidatud seadistuse abil. Vaatleme teist meetodit, mis ei nõua mõõtmistulemuse suuremat täpsust.

Kinnitame tundliku dünamomeetri külge vasktraadi, mis on painutatud joonisel 7.12 näidatud viisil, a. Asetage traadi alla anum veega nii, et traat puudutaks vee pinda (joonis 7.12, b) ja "kinni" tema külge. Nüüd laseme anuma aeglaselt veega alla (või, mis sama, tõstame traadiga dünamomeetrit üles). Näeme, et seda ümbritsev veekile tõuseb koos juhtmega ja dünamomeetri näit suureneb järk-järgult. Maksimaalse väärtuse saavutab see veekile purunemise ja traadi veest “eraldumise” hetkel. Kui lahutada selle kaal dünamomeetri näitudest hetkel, mil juhe lahti tuleb, saad jõu F, võrdne kahekordse pindpinevusjõuga (veekilel on kaks pinda):

Kus l - traadi pikkus.

Traadi pikkusega 1 = 5 cm ja temperatuuril 20 °C on jõud 7,3 10 -3 N.

Mõnede vedelike pindpinevuste mõõtmise tulemused on toodud tabelis 4.

Tabel 4

Tabelist 4 on selgelt näha, et kergesti aurustuvad vedelikud (eeter, alkohol) on väiksema pindpinevusega kui mittelenduvad vedelikud, näiteks elavhõbe. Vedelal vesinikul ja eriti vedelal heeliumil on väga madal pindpinevus. Vedelmetallide puhul on pindpinevus seevastu väga kõrge.

Vedelike pindpinevuste erinevus on seletatav molekulidevahelise interaktsiooni jõudude erinevusega.

Vedeliku pindpinevustegur on vedeliku kokkutõmbumisvõimet üsna täpselt iseloomustav väärtus, mida mõõdetakse vedeliku pinnal paikneva joone pikkuse ühiku kohta mõjuva pindpinevusjõuga. Juhul, kui vedeliku pinna piiri pikkuseks on märgitud l ja sellele piirile mõjuva kile pindpinevusjõud on F, siis on pindpinevusteguri väärtus:

Pindpinevusteguri nimetust väljendatakse N/m. Mida kõrgem on temperatuur, seda väiksem on puhaste vedelike σ väärtus.

Üleminekukihi ja neid ümbritsevate molekulide molekulaarse interaktsiooni jõudude asümmeetria tagajärg on idee normaalsete ja tangentsiaalsete jõudude olemasolust faasiliidese suhtes. Need jõud avaldavad üleminekukihi molekulidele märkimisväärset mõju. Need on molekulaarrõhu ja faasidevahelise pindpinevuse jõud.

Koefitsiendi σ sõltuvus erinevate lisandite olemasolust

Pindpinevuste koefitsient on otseselt seotud molekulaarse interaktsiooni jõududega ja võib erinevate vedelike jaoks võtta mitmesuguseid väärtusi. Väga hästi aurustuvatel vedelikel (alkohol, bensiin, eeter) ei ole pindpinevus nii suur kui vedelike puhul, mis ei ole lenduvad. Esiteks paneme võrgu hüdromeetrile ja seejärel langetame selle vette. Tänu tihedale võrgule hoitakse hüdromeetrit teatud sügavusel. Järgmiseks peaks ruudustikule tilgutama veidi eetrit, misjärel tõuseb hüdromeeter kohe veest välja.

Koefitsient on seotud sellega, kui palju lisandeid vees on. Veepinnale asetatakse väike tikutükk. Pärast seda lastakse vette tükk seepi. Teatud aja möödudes on võimalik jälgida seebitüki liikumist anuma serva suunas. Selle tulemusena võime järeldada: pindpinevuste koefitsienti saab vähendada seebi abil. Kui lisada aineid, mis on bioloogiliselt aktiivsed (pasta, seep), siis see väheneb.

Paljud meist usuvad, et seep suurendab σ. Tegelikult vähendab see pindpinevust umbes ühe kolmandikuni puhta vee σ väärtusest. Tuleb tähele panna, et seebikile venitamisel väheneb pinnal olev seep, samas suureneb pindpinevus. Järelikult seebi mõjul mulli nõrgad kohad tugevnevad ega veni kaugemale. Lisaks ei aurustu tänu seebile vesi, mis tähendab, et mulli “eluiga” pikeneb.

Nüüd teeme järgmise katse: asetage suhkrukomm vette. Nii liigub kild kommi poole. Järeldus on selge: suhkru mõjul pindpinevus suureneb.

Kuidas määrata koefitsienti σ kapillaaride abil?

Selle lihtsaima katse tegemiseks peab teil olema mitu vee ja kapillaaridega anumat.

Kapillaar tuleb lasta veega anumasse ja seejärel mõõta vedeliku tõusu kõrgus. Järgmisena asetatakse seebivette teine ​​kapillaar, mille järel mõõdetakse vedeliku tõusu kõrgus. Koefitsiendi σ leiate vastavast valemist:

Selles õppetükis käsitletakse vedelikke ja nende omadusi. Kaasaegse füüsika seisukohalt on vedelikud kõige keerulisem uurimisobjekt, sest võrreldes gaasidega ei saa enam rääkida molekulidevahelise interaktsiooni tühisest energiast ning võrreldes tahkete ainetega ei saa rääkida vedelate molekulide järjestatud paigutus (vedelikus ei ole kaugjärjestust) . See toob kaasa asjaolu, et vedelikel on mitmeid huvitavaid omadusi ja nende ilminguid. Selles õppetükis käsitletakse üht sellist omadust.

Alustuseks arutleme eriomaduste üle, mis vedeliku pinnakihis olevatel molekulidel on võrreldes mahus paiknevate molekulidega.

Riis. 1. Erinevus pinnakihi molekulide ja vedeliku põhiosa molekulide vahel

Vaatleme kahte molekuli A ja B. Molekul A on vedeliku sees, molekul B on selle pinnal (joonis 1). Molekul A on ühtlaselt ümbritsetud vedeliku teiste molekulidega, mistõttu molekulidevahelise interaktsiooni sfääri langevatest molekulidest molekulile A mõjuvad jõud kompenseeritakse või on nende resultant null.

Mis juhtub molekuliga B, mis asub vedeliku pinnal? Tuletame meelde, et vedeliku kohal paiknevate gaasimolekulide kontsentratsioon on oluliselt väiksem kui vedelikumolekulide kontsentratsioon. Molekuli B ümbritsevad ühelt poolt vedelad molekulid ja teiselt poolt väga haruldased gaasimolekulid. Kuna vedeliku küljelt mõjub sellele palju rohkem molekule, suunatakse kõigi molekulidevaheliste jõudude resultant vedelikku.

Seega selleks, et vedeliku sügavusest pärit molekul pääseks pinnakihti, tuleb teha tööd kompenseerimata molekulidevaheliste jõudude vastu.

Tuletame meelde, et töö on miinusmärgiga võetud potentsiaalse energia muutus.

See tähendab, et pinnakihi molekulidel on võrreldes vedeliku sees olevate molekulidega üleliigne potentsiaalne energia.

See liigne energia on vedeliku siseenergia komponent ja seda nimetatakse pinnaenergia. Seda tähistatakse kui , ja seda mõõdetakse, nagu mis tahes muud energiat, džaulides.

Ilmselt, mida suurem on vedeliku pindala, seda rohkem on molekule, millel on üleliigne potentsiaalne energia ja seega ka pinnaenergia. Selle fakti saab kirjutada järgmise seose kujul:

,

kus on pindala ja proportsionaalsuskoefitsient, mida me nimetame pindpinevuste koefitsient, see koefitsient iseloomustab seda või teist vedelikku. Paneme kirja selle suuruse range määratluse.

Vedeliku pindpinevus (vedeliku pindpinevuste koefitsient) on füüsikaline suurus, mis iseloomustab antud vedelikku ja on võrdne pinnaenergia ja vedeliku pindala suhtega.

Pindpinevuste koefitsienti mõõdetakse njuutonites jagatuna meetriga.

Arutleme, millest sõltub vedeliku pindpinevustegur. Alustuseks meenutagem, et pindpinevuste koefitsient iseloomustab molekulide spetsiifilist interaktsioonienergiat, mis tähendab, et seda energiat muutvad tegurid muudavad ka vedeliku pindpinevustegurit.

Seega sõltub pindpinevuste koefitsient:

1. Vedeliku olemus ("lenduvate" vedelike, nagu eeter, alkohol ja bensiin, pindpinevus on väiksem kui "mittelenduvate" vedelike – vee, elavhõbeda ja vedelate metallide puhul).

2. Temperatuurid (mida kõrgem temperatuur, seda väiksem on pindpinevus).

3. Pindpinevust vähendavate pindaktiivsete ainete (pindaktiivsed ained), nagu seep või pesupulber, olemasolu.

4. Gaasiga piirneva vedeliku omadused.

Pange tähele, et pindpinevuste koefitsient ei sõltu pindalast, kuna ühe üksiku pinnalähedase molekuli puhul on absoluutselt ebaoluline, kui palju sarnaseid molekule on ümber. Pöörake tähelepanu tabelile, mis näitab erinevate ainete pindpinevuste koefitsiente temperatuuril:

Tabel 1. Vedelike pindpinevuste koefitsiendid õhuga kokkupuutel, at

Seega on pinnakihi molekulidel suurem potentsiaalne energia võrreldes vedeliku põhiosa molekulidega. Mehaanikakursusel näidati, et iga süsteem kaldub minimaalsele potentsiaalsele energiale. Näiteks teatud kõrguselt visatud keha kipub alla kukkuma. Lisaks tunnete end lamades palju mugavamalt, kuna sel juhul on teie keha massikese võimalikult madalal. Milleni viib vedeliku puhul soov oma potentsiaalset energiat vähendada? Kuna pinnaenergia sõltub pindalast, on suure pindalaga vedeliku puhul energeetiliselt ebasoodne. Teisisõnu, vabas olekus muudab vedelik selle pinna minimaalseks.

Saate seda hõlpsalt kontrollida seebikilega katsetades. Kui kastate teatud traatraami seebilahusesse, tekib sellele seebikile ja kile võtab sellise kuju, et selle pindala on minimaalne (joonis 2).

Riis. 2. Figuurid seebilahusest

Pindpinevusjõudude olemasolu saate kontrollida lihtsa katse abil. Kui niit seotakse traadirõnga külge kahest kohast nii, et niidi pikkus on veidi suurem kui keerme kinnituspunkte ühendava kõõlu pikkus, ja kastke traadirõngas seebilahusesse (joon. 3a), katab seebikile kogu rõnga pinna ja niit asetseb seebikilel. Kui nüüd rebite kile ühelt niidipoolelt, tõmbub niidi teisele poole jääv seebikile kokku ja pingutab niiti (joonis 3b).

Riis. 3. Katse pindpinevusjõudude tuvastamiseks

Miks see juhtus? Fakt on see, et peale jääv seebilahus ehk vedelik kipub oma pinda vähendama. Seega tõmmatakse niit ülespoole.

Seega oleme pindpinevuse olemasolus veendunud. Nüüd õpime seda arvutama. Selleks viime läbi mõtteeksperimendi. Laseme seebilahusesse alla traatraami, mille üks külg on liigutatav (joon. 4). Venitame seebikilet, rakendades jõudu raami liikuvale küljele. Seega mõjuvad risttalale kolm jõudu – välisjõud ja kaks pindpinevusjõudu, mis mõjuvad piki kile igat pinda. Kasutades Newtoni teist seadust, saame selle kirjutada

Riis. 4. Pindpinevusjõu arvutamine

Kui välisjõu mõjul liigub risttala kaugust, siis see väline jõud teeb tööd

Loomulikult suureneb selle töö tõttu kile pindala, mis tähendab, et suureneb ka pinnaenergia, mida saame määrata pindpinevusteguri kaudu:

Pindala muutuse saab omakorda määrata järgmiselt:

kus on traatraami liikuva osa pikkus. Seda arvesse võttes võime kirjutada, et välisjõu poolt tehtud töö on võrdne

Võrdsustades (*) ja (**) parempoolsed küljed, saame pindpinevusjõu avaldise:

Seega on pindpinevuste koefitsient arvuliselt võrdne pindpinevusjõuga, mis mõjub pinda piirava joone pikkuseühiku kohta.

Seega oleme taas veendunud, et vedelik kipub võtma sellise kuju, et selle pindala on minimaalne. Võib näidata, et antud ruumala korral on sfääri pindala minimaalne. Seega, kui vedelikule muid jõude ei mõju või nende mõju on väike, kipub vedelik võtma sfäärilise kuju. Nii hakkab näiteks vesi käituma nullgravitatsiooni (joonis 5) või seebimullide (joonis 6) korral.

Riis. 5. Vesi nullgravitatsioonis

Riis. 6. Seebimullid

Pindpinevusjõudude olemasolu võib seletada ka seda, miks metallist nõel "lemab" veepinnal (joonis 7). Pinnale ettevaatlikult asetatud nõel deformeerib seda, suurendades seeläbi selle pinna pindala. Seega tekib pindpinevusjõud, mis kipub sellist pindalamuutust vähendama. Pindpinevusjõud suunatakse ülespoole ja see kompenseerib gravitatsioonijõudu.

Riis. 7. Nõel veepinnal

Pipeti tööpõhimõtet saab seletada samamoodi. Raskusjõu mõjul olev piisk tõmmatakse alla, suurendades seeläbi selle pindala. Loomulikult tekivad pindpinevusjõud, mille resultant on vastupidine gravitatsiooni suunale ja mis takistavad tilga venitamist (joonis 8). Pipeti kummikorki alla vajutades tekib lisarõhk, mis aitab kaasa gravitatsioonile ja selle tulemusena langeb piisk alla.

Riis. 8. Kuidas pipett töötab

Toome veel ühe näite igapäevaelust. Kui kastad pintsli veeklaasi, lähevad karvad kohevaks. Kui nüüd selle harja veest välja võtta, siis märkad, et kõik karvad on üksteise külge kinni jäänud. See on tingitud asjaolust, et pintsli külge kleepuv veepind on siis minimaalne.

Ja veel üks näide. Kui soovite ehitada lossi kuivast liivast, siis tõenäoliselt see ei õnnestu, kuna liiv mureneb gravitatsiooni mõjul. Kui aga liiva märjaks teha, säilitab see oma kuju tänu vee pindpinevusjõududele liivaterade vahel.

Lõpetuseks märgime, et pindpinevuste teooria aitab leida ilusaid ja lihtsaid analoogiaid keerukamate füüsiliste probleemide lahendamiseks. Näiteks kui on vaja ehitada kerge ja samas tugev konstruktsioon, tuleb appi seebimullides toimuva füüsika. Ja oli võimalik konstrueerida esimene adekvaatne aatomituuma mudel, võrreldes seda aatomituuma laetud vedeliku tilgaga.

Viited

1. G. Ya Myakishev, B. B. Bukhovtsev, N. N. Sotsky. "Füüsika 10". - M.: Haridus, 2008.
2. Ya E. Geguzin “Mullid”, Quantum Library. - M.: Nauka, 1985.
3. B. M. Yavorsky, A. A. Pinsky “Füüsika alused”, 1. kd.
4. G. S. Landsberg “Füüsika algõpik” 1. kd.

1. Nkj.ru ().
2. Youtube.com().
3. Youtube.com().
4. Youtube.com().

Kodutöö

1. Olles lahendanud selle tunni ülesanded, saate valmistuda riigieksami küsimusteks 7,8,9 ja ühtse riigieksami küsimusteks A8, A9, A10.
2. Gelfgat I.M., Nenašev I.Yu. "Füüsika. Ülesannete kogu 10. klassile" 5,34, 5,43, 5,44, 5,47 ()
3. Ülesande 5.47 alusel määrake vee ja seebilahuse pindpinevustegur.

Küsimuste ja vastuste loend

küsimus: Miks muutub pindpinevus temperatuuriga?

Vastus: Temperatuuri tõustes hakkavad vedeliku molekulid kiiremini liikuma ja seetõttu saavad molekulid kergemini üle potentsiaalsetest tõmbejõududest. Mis viib pindpinevusjõudude vähenemiseni, mis on potentsiaalsed jõud, mis seovad vedeliku pinnakihi molekule.

küsimus: Kas pindpinevustegur sõltub vedeliku tihedusest?

Vastus: Jah, on, kuna vedeliku pinnakihis olevate molekulide energia sõltub vedeliku tihedusest.

küsimus: Millised meetodid on olemas vedeliku pindpinevusteguri määramiseks?

Vastus: Koolikursusel uuritakse kahte võimalust vedeliku pindpinevusteguri määramiseks. Esimene on traadi rebimise meetod, selle põhimõte on kirjeldatud kodutöö ülesandes 5.44, teine ​​on tilkade loendusmeetod, mida kirjeldatakse ülesandes 5.47.

küsimus: Miks seebimullid mõne aja pärast kokku kukuvad?

Vastus: Fakt on see, et mõne aja pärast muutub mull raskusjõu mõjul alt paksemaks kui ülevalt ja siis aurustumise mõjul see mingil hetkel kokku variseb. See toob kaasa asjaolu, et kogu mull, nagu õhupall, variseb kokku kompenseerimata pindpinevusjõudude mõjul.

Definitsioon 1

Pindpinevus on vedeliku impulss oma vaba pinna vähendamiseks, see tähendab liigse potentsiaalse energia vähendamiseks gaasifaasist eraldumise piiril.

Mitte ainult tahked füüsilised kehad, vaid ka vedeliku enda pind on varustatud elastsete omadustega. Igaüks on oma elus näinud, kuidas seebikile venib, kui mullid veidi puhuda. Seebikiles esinevad pindpinevusjõud püüavad teatud aja jooksul õhku kinni, sarnaselt sellele, kuidas kummipõis hoiab õhku jalgpallipallis.

Pindpinevus ilmneb põhifaaside, näiteks gaasilise ja vedela või vedela ja tahke faasi liideses. See on otseselt tingitud asjaolust, et vedeliku pinnakihi elementaarosakesed kogevad alati erinevaid tõmbejõude nii seest kui väljast.

Seda füüsikalist protsessi võib vaadelda veetilga näitel, kus vedelik liigub nagu oleks elastses kestas. Siin tõmbavad vedela aine pinnakihi aatomid oma sisemiste naabrite poole tugevamini kui välisõhuosakesed.

Üldiselt võib pindpinevust seletada lõpmata väikese või elementaarse tööna $\sigma A$, mis tuleb teha vedeliku kogupinna suurendamiseks lõpmata väikese summa $dS$ võrra konstantsel temperatuuril $dt$.

Vedelike pindpinevuste mehhanism

Joonis 2. Skalaarne positiivne suurus. Avtor24 - õpilastööde veebivahetus

Erinevalt tahketest ainetest ja gaasidest ei suuda vedelik täita kogu anuma mahtu, kuhu see asetati. Auru ja vedela aine vahele moodustub teatud liides, mis toimib eritingimustes võrreldes teiste vedelate massidega. Selgema näite jaoks kaaluge kahte molekuli $A$ ja $B$. Osake $A$ asub vedeliku enda sees, molekul $B$ asub otse selle pinnal. Esimest elementi ümbritsevad ühtlaselt teised vedeliku aatomid, mistõttu molekulile mõjuvad jõud molekulidevahelise interaktsiooni sfääri langevatest osakestest on alati kompenseeritud ehk teisisõnu nende resultantvõimsus on null.

$B$ molekuli raamivad ühelt poolt vedelikumolekulid, teiselt poolt gaasiaatomid, mille lõppkontsentratsioon on oluliselt madalam kui vedeliku elementaarosakeste kombinatsioonil. Kuna vedeliku poolelt mõjutab $B$ molekuli palju rohkem molekule kui ideaalse gaasi poolelt, siis ei saa kõigi molekulidevaheliste jõudude resultant enam võrdsustada nulliga, kuna see parameeter on suunatud gaasi ruumala sisse. ainet. Seega selleks, et vedeliku sügavusest pärit molekul jõuaks pinnakihti, tuleb teha tööd kompenseerimata jõudude vastu. See tähendab, et pinnatasandil olevad aatomid on võrreldes vedeliku sees olevate osakestega varustatud liigse potentsiaalse energiaga, mida nimetatakse pinnaenergiaks.

Pindpinevuste koefitsient

Joonis 3. Pindpinevus. Avtor24 - õpilastööde veebivahetus

2. definitsioon

Pindpinevustegur on füüsikaline näitaja, mis iseloomustab konkreetset vedelikku ja on arvuliselt võrdne pinnaenergia suhtega vedeliku vaba keskkonna kogupindalaga.

Füüsikas on pindpinevusteguri SI põhimõõtühik (N)/(m).

See väärtus sõltub otseselt:

• vedeliku iseloom (lenduvate elementide, nagu alkohol, eeter, bensiin, pindpinevustegur on oluliselt väiksem kui mittelenduvate elementide – elavhõbe, vesi) puhul;
• vedela aine temperatuur (mida kõrgem temperatuur, seda väiksem on lõplik pindpinevus);
• antud vedelikuga piirneva ideaalse gaasi omadused;
• stabiilsete pindaktiivsete ainete, nagu pesupulber või seep, olemasolu, mis võivad vähendada pindpinevust.

Märkus 1

Samuti tuleb märkida, et pindpinevusparameeter ei sõltu vaba vedela keskkonna algsest pindalast.

Samuti on mehaanikast teada, et süsteemi muutumatud olekud vastavad alati tema siseenergia minimaalsele väärtusele. Selle füüsikalise protsessi tulemusena omandab vedel keha sageli minimaalse pindalaga vormi. Kui vedelikku ei mõjuta kõrvalised jõud või nende mõju on äärmiselt väike, on selle elemendid veetilga või seebimulli kujul kera kujul. Vesi hakkab sarnaselt käituma, kui see on nullgravitatsioonis. Vedelik liigub nii, nagu mõjuksid antud keskkonda kokkutõmbuvad tegurid selle põhipinna suhtes tangentsiaalselt. Neid jõude nimetatakse pindpinevusjõududeks.

Järelikult võib pindpinevuskoefitsienti määratleda ka pindpinevusjõu põhimoodulina, mis üldiselt toimib vaba vedelat keskkonda piirava algkontuuri pikkuse ühiku kohta. Nende parameetrite olemasolu muudab vedela aine pinna välja nagu venitatud elastne kile, ainsaks erinevuseks on see, et kile püsivad jõud sõltuvad otseselt selle süsteemi pindalast ja pindpinevusjõud ise on võimelised. iseseisvast tööst. Kui asetate veepinnale väikese õmblusnõela, siis piste paindub ja takistab selle vajumist.

Välise teguri toime võib kirjeldada kergete putukate, näiteks vesilindude libisemist kogu reservuaaride pinnal. Nende lülijalgsete jalg deformeerib veepinda, suurendades seeläbi selle pindala. Selle tulemusena tekib pindpinevusjõud, mis kipub sellist pindalamuutust vähendama. Tulemusjõud on alati suunatud ainult ülespoole, kompenseerides samal ajal gravitatsiooni mõju.

Pindpinevuse tulemus

Pindpinevuste mõjul kipuvad väikesed vedelikukogused võtma sfäärilise kuju, mis sobib ideaalselt väikseima keskkonnaga. Sfäärilise konfiguratsiooni lähenemine saavutatakse, mida rohkem, seda nõrgemad on algsed gravitatsioonijõud, kuna väikeste tilkade korral on pindpinevusjõud palju suurem kui gravitatsiooni mõju.

Pindpinevust peetakse faasiliideste üheks olulisemaks omaduseks. See mõjutab otseselt füüsiliste kehade ja vedelike peenosakeste moodustumist nende eraldamisel, samuti elementide või mullide sulandumist udus, emulsioonides, vahtudes ja adhesiooniprotsessides.

Märkus 2

Pindpinevus määrab tulevaste bioloogiliste rakkude ja nende põhiosade kuju.

Selle füüsilise protsessi jõudude muutmine mõjutab fagotsütoosi ja alveolaarse hingamise protsesse. Tänu sellele nähtusele suudavad poorsed ained pikka aega kinni hoida tohutul hulgal vedelikku isegi õhuaurudest, millega kaasneb kapillaaride vedeliku taseme muutus võrreldes vedeliku tasemega laiemas anumas. . Need protsessid põhjustavad vee tõusu pinnases, piki taimede juurestikku ja bioloogiliste vedelike liikumist läbi väikeste torukeste ja anumate süsteemi.

Meistriklass “Vee pindpinevus”.

Füüsikaõpetaja MKOU "A.V. Grjaznovi nimeline keskkool nr 8" IMRSC

Sihtmärk: näidata õpilaste loomingulise tegevuse arengut pindpinevusnähtuse uurimisel. Hariduslik : pindpinevusnähtuse uurimine.Arendav: arendada oskust vaadelda, katsetada, omandada teadmisi, mõista, hinnata ja seostada oma seisukohta teiste arvamustega, osata teha järeldusi. Harivad: kasvatada ilumeelt, austust looduse vastu, oskust pidada dialoogi, kuulata teisi ja kaitsta mõistusega seisukohta. Meetodid, tehnikad, viisid: -arvamuste vahetus, rühmaarutelu, arutelu;
- katsetada. Varustus: arvuti ja esitlus,...... I . Sissejuhatusmeistriklassis peamiste eesmärkide ja eesmärkide määramine:(1. slaid) Tere, kallid kolleegid. Iga õpetaja põhiülesanne on tänapäeval aidata kaasa kindlate teadmiste saamisele, õpilaste võimete arendamisele, loometegevuse tutvustamisele, õpilase avanemisele ja loomingulisele potentsiaalile paremale kasutamisele. Ja mis kõige tähtsam, rakendage omandatud teadmisi tulevikus, oskate orienteeruda kaasaegses maailmas. Seetõttu võtsin õppetunni epigraafina suure I.V sõnu. Goethe: “Ainult teadmine pole veel kõik, teadmisi tuleb oskuslikult kasutada" Tulevikus tuleb õpilasel lahendada palju probleeme, mis on sageli seotud tehnilise poolega, mistõttu on koolis vaja õpetaja juhendamisel arendada aktiivset iseseisvat tegevust, mille tulemuseks on erialaste teadmiste loov valdamine. , oskused, võimed ja mõtlemisvõime arendamine. Igaüks meist on oma igapäevaelus rohkem kui korra kokku puutunud nähtustega, mis on ühelt poolt tavalised, kuid teisalt samas hämmastavad, mõtlemata üldse sellele, milliste tähelepanuväärsete füüsikaliste nähtustega me tegeleme ja pole isegi mõelnud, kuidas neid seletada!.( Slaid 2)

Isegi väikesed lapsed teavad väga hästi, et lihavõttekooke ja losse saab ehitada ainult märjast liivast. Kuivad liivaterad ei kleepu üksteise külge. Kuid ka täielikult vette kastetud liivaterad ei kleepu üksteise külge. Miks vesistriidrid veepinnal nii kergesti liiguvad? Miks võivad herilased, kiilid ja mõned putukad kergesti veepinnalt maanduda ja sealt õhku tõusta? Proovime neid nähtusi selgitada.

Kuid kõigepealt teeme mõned katsed. .

Kogemus nr 1 "Ujuvad kirjaklambrid"

Varustus klaas puhast vett, mitu kirjaklambrit, millest üks on veidi painutatud

Harjutus . Võtke üks kirjaklamber ja laske see õrnalt veepinnale, nii et see jääks pinnale. (Peamine on seda teha väga ettevaatlikult, ilma veeklaasi lükkamata. Kui see ei õnnestu, siis asetage kuiv kirjaklamber sirgendatud klambrile ja langetage see uuesti veepinnale, viimast samal ajal ettevaatlikult allapoole. )

Katse nr 2 “Tilk õli”

Varustus:pipett taimeõliga, hambaork, pesuaine.

Pipeti abil asetage veepinnale tilk õli. Mida sa märkad? Nüüd puudutage pesuainelahusesse kastetud hambaorki ots veepinnale õli kõrval, keskel. Mida sa jälgid?

(Soovitatud vastus: õli kogunes kõigepealt palliks ja siis hakkas plekk liikuma ja laiali minema)

Katse nr 3 “Seebikile”

Varustus:lahus seebimulli puhumiseks, käepidemega traatrõngas, seebilahuses leotatud hambaork.

Kastke rõngas seebilahusesse ja jälgige seebikilet peegeldunud valguses. Torka rõngas hambatikuga läbi. Mida sa märkasid? (Soovitatud vastus: rõngas on õhuke kile, hambatikuga läbitorkamisel jääb see alles)

Teeme kokkuvõtte tehtud katsetest.

Veel on omadus toetada pinnal kergeid esemeid ning seebilahuse lisamisel õli ja kile venivad. (Slaid 3)

Õpetaja:

Katsed on näidanud, et veel on hämmastav omadus – luua "film". Vaba pinna olemasolu vedelikus määrab eriliste nähtuste olemasolu, mida nimetatakse pinnanähtusteks. Need tekivad seetõttu, et vedelikus olevad molekulid ja selle pinnal olevad molekulid on erinevates tingimustes.( NÄITA SLAIDIL ) Vee pinnal on vähem molekule kui vee sees. Seetõttu tõmmatakse "sisemised" molekulid alla, venitades vedeliku pinda. Vedeliku mahus tõmbavad molekulid kõikjalt, tõmbejõud on tasakaalus. Kuid pealtnäha tuleb pinge ainult "alt alt". Jõud ei ole tasakaalus, pind tõmbab enda peale. JA välisjõudude puudumisel peaks vedelik olema antud ruumala kohta väikseima pindalaga ja võtma sfääri kuju. Just see põhjustab väikeste tilkade ja mullide sfäärilise kuju.

Areng.

Meil on juba esimene ettekujutus pindpinevusest, nii et alustame tabeli täitmist (GRAAFIDE DIAGRAMM)

Pindpinevus

Pindpinevuse kasutamine igapäevaelus, meditsiin...

ΙΙΙ.Uuringud. Ja nüüd on kätte jõudnud aeg uurimistööd teha, viime läbi järgmised katsed.

Kogemus nr 4

"Kumb on suurem: külma vee pindpinevus või kuuma vee pindpinevus?"

Määrake eksperimentaalselt, kas vee pindpinevus suureneb või väheneb selle temperatuuri muutumise tagajärjel.

Eksperimendi eesmärk: näidata, et vee pindpinevus sõltub temperatuurist.

Materjalid: hambaorkid, raudnael, piirituslamp, klaas puhast vett (raudnael, piirituslamp võib asendada tikkudega).

Protsess:

Kuumuta piirituslambis raudnael ja hoia seda kahe hambaorki vahel veepinna lähedal (või kalla hambaorkide vahele kuuma vett veepinnale).

(Süütage tikk ja asetage see hambaorkide vahele)

Tulemused:

Kogemus nr 5

"Kumb on suurem: puhta vee pindpinevus või seebilahuse pindpinevus?"

Katseliselt määrake, kas vee pindpinevus suureneb või väheneb selles seebi lahustumisel.

Eksperimendi eesmärk: näidata, et puhta vee pindpinevus on suurem kui seebilahuse pindpinevus.

Materjalid: kolm hambaorki, nõudepesuvahend, kauss puhta veega.

Protsess:

Aseta kaks hambaorki veepinna keskele nii, et need oleksid kõrvuti.

Kasta kolmanda hambaorki ots nõudepesuvahendisse (märkus: vaja on vaid väikest kogust vedelikku)

Kasta kolmanda hambaorki ots teise kahe vahele vette.

Tulemused: kaks hambaorki eemaldatakse kiiresti üksteise küljest. Selgitage täheldatud nähtust.

Kogemus nr 6

"Kumb on suurem: puhta vee pindpinevus või suhkrulahuse pindpinevus?"

Katseliselt määrake, kas vee pindpinevus suureneb või väheneb selles, et selles lahustub suhkur.

Eksperimendi eesmärk: näidata, et puhta vee pindpinevus on suurem kui suhkrulahuse pindpinevus.

Materjalid: hambaorkid, suhkrukommid, kauss puhta veega.

Protsess:

Aseta kaks hambaorki veepinna keskele nii, et need oleksid kõrvuti.

Kasta suhkrukomm puhtasse vette ja kasta kahe hambaorki vahele vette.

Tulemused: kaks hambaorki eemaldatakse kiiresti üksteise küljest. Selgitage täheldatud nähtust.

Järeldus.

Osalejad arutavad oma katsetulemusi ja jõuavad üldisele järeldusele, et:

1. Vaba pinna olemasolu vedelikus määrab eriliste nähtuste olemasolu, mida nimetatakse pinnanähtusteks. Need tekivad seetõttu, et vedeliku sees olevad molekulid ja selle pinnal olevad molekulid on erinevates tingimustes.

2. Pindpinevus sõltub vedeliku tüübist, selle temperatuurist ja lisandite olemasolust. Temperatuuri tõustes see väheneb ja kaob kriitilisel temperatuuril täielikult, mis viib vedeliku ja selle küllastunud auru vahelise liidese kadumiseni.

Õpetaja: Pärast katsete läbiviimist märkasime, et kõigil juhtudel pindpinevus väheneb. Mida arvate: kas seda saab suurendada? Vaatame tabelit ja teeme järelduse.

.
Järeldus. Vee pindpinevus on kõrge ja ainult elavhõbedal on see suurim.

Pindpinevusjõudude avaldumisvormid on nii mitmekesised, et neid kõiki pole võimalik isegi loetleda. Lubage mul tuua teile üks näide.

Gibraltari väin ühendab Vahemerd ja Atlandi ookeani. Tundub, et veed on eraldatud kilega ja nende vahel on selge piir. Igal neist on oma temperatuur, oma soola koostis, taimestik ja loomastik.

1967. aastal avastasid Saksa teadlased tõsiasja, et Punase mere ja India ookeani veed ei segune. Jacques Cousteau asus kolleegide eeskujul uurima, kas Atlandi ookeani ja Vahemere veed segunevad. Esiteks uuris ta koos oma meeskonnaga Vahemere vett – selle loomulikku soolsuse taset, tihedust ja sellele omaseid eluvorme. Sama tegid nad Atlandi ookeanil. Need kaks veemassi on Gibraltari väinas kohtunud tuhandeid aastaid ja oleks loogiline eeldada, et need kaks tohutut veemassi oleksid pidanud segunema juba ammu – nende soolsus ja tihedus oleks pidanud muutuma samaks või vähemalt sarnaseks. . Kuid isegi kohtades, kus nad lähenevad kõige lähemale, säilitab igaüks neist oma omadused. Ehk siis kahe veemassi ühinemiskohas ei lasknud veekardin neil seguneda! Atlandi ookeani ja Vahemere veed ei suuda seguneda. Pindpinevuse suuruse määrab merevee tihedus, see tegur on nagu sein, mis takistab vee segunemist. Asi on siin pindpinevuses: pindpinevus on vee üks olulisemaid parameetreid. See määrab vedelikumolekulide vahelise adhesioonijõu, samuti selle pinna kuju õhuga piiril.

ΙV kinnitus.

Õpetaja:Nüüd teeme visuaalseid katseid , seotud pindpinevusega.

Kogemus nr 7 "Nõiutud Sippy Cup".

Sul on väikesed mündid (30-40 tükki). Vala klaasitäis vett ja uuri: mitu neist müntidest saab klaasi vette panna, kuni see välja valgub? Nüüd langetage üks münt ettevaatlikult klaasi. Mis siis? Kui paljud sobivad? Kuidas muutus vee pinnakihi kuju? Selgitage, miks?

(Vastus: Pindpinevus kogub vett. Kui vaatate tähelepanelikult, näete, et menisk jätkab klaasi seinte joont, tõustes keskelt kaare kujul.)

Õpetaja: Täna saime palju teada pindpinevusest, kuna meie seminari teema on seotud mõtestatud lugemisega, siis saame teada kasulikku infot. Lugemise ajal soovitan teil kasutada "Insert" tehnoloogiat, tehes veeristele märkmeid, et saaksite seejärel jätkata tabeli veergude täitmist.

Teksti lugemine koos märkmetega:

+ Ma teadsin seda

- Ma ei teadnud seda

? Tahaks rohkem teada

! see üllatas mind

Pindpinevus

Miks on seebimull pallikujuline?

Millest sõltub pindpinevus?

V . Modelleerimine.

Täna püüdsin teile näidata, et uurimistöö ja lihtsate visuaalsete tehnikate abil saate füüsikatundides mitte ainult moodustada füüsiliste teadmiste, oskuste ja võimete süsteemi, vaid ka suurendada loomingulist tegevust, provotseerida. huvi katseid läbi viia. Talle on vaja anda võimalus katsetada ja mitte karta vigu, julgustada õpilasi tegema järeldusi ja kaitsma oma seisukohta.

V . Peegeldus. Tahtsin õppetunni lõpetada veel ühe pindpinevusega seotud katsega.

Kogemus nr 8 Värviplahvatus taldrikul

Katse jaoks läheb vaja: taldrikut, täispiima, vedelseepi, vatitupsusid ja erinevat värvi toiduvärvi. Tööplaan:

1. Vala taldrikule piim.

2. Lisage piimale paar tilka värvi.

3. Kasta kaks vatitupsu vedelseebi sisse ja kasta need taldrikusse koos piimaga.

Tulemus:Kui lisate piimale värvi, tekivad pinnale ilusad värvipritsid. Vedelseebi lisamisel muutub värv triibuliseks ja moodustab piima pinnale ootamatuid mustreid.

Kokkuvõtteks tahan öelda Nikolai Ostrovski sõnadega:

"Loometöö on

ilus, ebatavaliselt raske

ja hämmastavalt rõõmustav töö."

Kirjandus:

Russkikh, G. A. Meistriklass - tehnoloogia õpetajate loominguliseks kutsetegevuseks ettevalmistamiseks [Tekst] / G. A. Russkikh // Metodist. – 2002

Selevko, G.K. Alternatiivsed pedagoogilised tehnoloogiad [Tekst] / G. K. Selevko - M.: Koolitehnoloogiate uurimisinstituut, 2005. - 224 lk.

Sovetova, E. V. Tõhusad haridustehnoloogiad [Tekst] / E. V. Sovetova. – Rostov n/d: Phoenix, 2007. – 285 lk.

Khurtova, T.V. Õpetajate erialase koolituse vormid: meistriklassid [Tekst] / T. V. Hurtova - Volgograd: Õpetaja, 2008. – 76 lk.