Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідини

Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідини

Мета: визначити коефіцієнт поверхневого натягу води сталагмометричним методом.
Обладнання: лінійка, склянка з водою, медичний шприц 5 мл.
Виконання роботи:

При повільному витіканні рідини з вертикальної трубки на її кінці утворюється крапля, яка повільно зростає. Коли сила тяжіння Fтяж = m0g, що діє на краплю масою m0, дорівнюватиме за модулем силі поверхневого натягу Fпов = πdσ, крапля відірветься. В момент відриву, Fпов = Fтяж  тоді
 де V0 – об’єм однієї краплі, d – внутрішній диаметр трубки.

Щоб визначити об’єм однієї краплі, об’єм рідини V, що витекла, ділять на кількість крапель N. Тоді остаточна формула для обчислення коефіцієнту поверхневого натягу:

Виконання роботи:

1. Лінійкою виміряти внутрішній диаметр вихідного отвору шприца d.
2. Набрати у шприц 5 мл води та, тримаючи шприц вертикально, потроху тиснути на поршень. Тиснути треба повільно так, щоб краплі відривалися під силою власної ваги.
3. Рахуючи краплі, накрапати у склянку 1 мл води. Отриманий результат занесіть до таблиці.
4. Рахуючи краплі, накрапати у склянку 2 мл води. Отриманий результат занесіть до таблиці.
5. Рахуючи краплі, накрапати у склянку 3 мл води. Отриманий результат занесіть до таблиці.
6. За результатами вимірювання обчислити для кожного досліду значення коефіцієнту поверхневого натягу води. Отриманий результат занесіть до таблиці.Обчисліть середнє значення коефіцієнту поверхневого натягу води.

7. Оцінити відносну похибку – відхилення експериментального значення коефіцієнта поверхневого натягу води від його табличного значення:

8. Зробити висновок, в якому зазначити: яку величину ви вимірювали; яким є результат вимірювання; у чому причина похибки вимірювання.

Контрольні питання:

1) Що таке поверхневий натяг рідини?
2) Що таке коефіцієнт поверхневого натягу рідини?
3) Від чого залежить поверхневий натяг? Чому він дорівнює?
4) Чому в момент відриву краплі шприц не можна струшувати?
5) Запропонуйте ще один спосіб вимірювання маси однієї краплі води.
6) Чому рідина прагне набути форми кулі?
7) Куди буде напрямлена сила поверхневого натягу мильної плівки, що має форму кулі?

Вивчення ізобарного процесу

Вивчення ізобарного процесу

Мета: експериментально перевірити закон Гей-Люссака.
Обладнання: скляна трубка, запаяна з одного кінця, циліндрична скляна посудина із гарячою водою, скляна посудина з водою кімнатної температури, лінійка, термометр.
Виконання роботи:

  1. Виміряти довжину скляної трубки, що буде відповідати значенню висоти стовпчика повітря в трубці L1. Результат вимірювання занести до таблиці.
  2. Заповнити циліндричну скляну посудину гарячою водою та опустити трубку запаяним кінцем у воду.
  3. Почекати 3 – 5 хв, після цього виміряти температуру гарячої води (яка буде відповідно дорівнювати температурі повітря у трубці Т1). Результат вимірювання занести до таблиці, значення температури подати у кельвінах.
  4. Заліпити пастиліном відкритий кінець трубки, перевернути її та швидко опустити замазаним кінцем у посудину із водою кімнатної температури.
  5. Почекати 3 – 5 хв, змінити глибину занурення трубки так, щоб рівень води у посудині та трубці були рівні (див. рисунок). Виміряти температуру повітря у кабінеті Т2 та довжину стовбчика повітря у трубці L2. Результати вимірювань записати у таблицю.
  6. Обчислити відношення висоти стовпчика повітря до його температури
    (С = L/T) для двох станів та порівняти їх.
  7. Оцінити відносну похибку перевірки рівності:
  8. Зробити висновок, в якому зазначити: який закон експериментально перевірялся; які величини для цього вимірювали; яким є результат перевірки; у чому причина похибки; вимірювання якої величини дає найбільшу похибку.

Контрольні питання:
1) Які термодинамічні параметри характеризують стан газу?
2) Який процес називають ізобарним?
3) Який закон справджується для ізобарного процесу? Сформулюйте цей закон.
4) Які термодінамічні параметри змінювалися у ході проведення експерименту, а які залишалися сталими?
5) Чи змінювалася маса повітря в трубці протягом експерименту? Якщо змінювалася, то як?
6) Чому для перевірки ізобарного закону достатньо знати довжину трубки та не треба вимірювати площу отвору?
7) Чому у досліді треба чекати 3 – 5 хв перед тим, як виміряти температуру води у посудині або висоту стобпчика повітря у трубці?
8) Навіщо вирівнювати рівні води у посудині та трубці перед тим, як виміряти висоту стовпчика повітря (п.5)?

Новые определения базовых единиц СИ

16 ноября 2018 года во Дворце Конгресса в Версале состоялось заседание XXVI Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ). На голосование была поставлена резолюция, закрепляющая новые определения четырех из семи базовых единиц Международной системы единиц СИ –  килограмма, ампера, кельвина и моля. Теперь система СИ будет обновлена, и из нее исчезнет последний материальный эталон – эталон килограмма.
Похожее изображение

Теперь утверждено новое определение килограмма, основанное на постоянной Планка.
Новое определение ампера будет связано с численным значением электрического заряда.
Новое определение кельвина основано на постоянной Больцмана.
Моль будет определен через зафиксированную постоянную Авогадро.
Теперь все единицы будут привязаны к константам, не подверженным износу.

Отказ от материальных эталонов позволяет разным государствам создавать свои первичные эталоны независимо от других государств. А от точных измерений времени, расстояний и масс сегодня зависит множество вещей – от спутниковой навигации, работы мобильных телефонов до правильной работы магазинных весов.

Проект реформы был одобрен сегодня, но вступит в силу во Всемирный день метрологии – 20 мая 2019 года.

Пояснения

В международной системе единиц измерения СИ (от французского Le Systeme International d’Unites, SI) приняты семь основных величин: длина, масса, время, электрический ток, термодинамическая температура, количество вещества и сила света. Единицы измерения для них – основные единицы СИ – метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела, соответственно.
Для точного измерения базовых величин ученые создают эталоны, так как измерение и есть сравнение чего-либо с эталоном.

Единица измерения длины – метр – первоначально была привязана к длине парижского меридиана, потом – к длине волны излучения атома криптона-86. Сейчас метр определяется c помощью постоянной Планка: это расстояние, которое проходит свет в вакууме за 1/299 792 458 секунды.

Единица измерения временисекунда – с 1967 года определяется как интервал времени, соответствующий 9 192 631 770 периодов излучения между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Единица измерения силы света  кандела  –  с 1979 года определяется как сила света в данном направлении от источника, испускающего монохроматическое излучение частоты 540 × 1012 герц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 ватта на стерадиан (здесь 683 — значение максимальной световой эффективности, установленное ГКМВ).
Точное значение коэффициента максимальной световой эффективности, используемое вместе с функцией, дает отношение силы света к энергетической силе света для монохроматического излучения любой длины волны.

Почти все единицы тоже постепенно оказались привязаны к фундаментальным физическим константам (ФФК).

7 апреля 1795 году бюро мер и весов приняло за единицу грамма «абсолютный вес объёма чистой воды, равного кубу [со стороной] в сотую часть метра, и при температуре тающего льда». Для материализации этой массы сначала создали эталон из платины.
Согласно парижскому соглашению 1875 года за единицу измерения массы – килограмм – был принят оригинальный цилиндр диаметром и высотой  39,17 мм из платино-иридиевого сплава (90 % платины, 10 % иридия), который хранится в Международном бюро мер и весов (расположено в Севре около Парижа). Сплав платины и иридия химически инертен, имеет высокую твердость и износоустойчивость, относительно малый коэффициент теплового расширения, большую плотность и наделен парамагнитными свойствами.
Однако в конце прошлого века ученые обнаружили, что масса эталона килограмма менялся примерно на 0,3 микрограмма в год, то есть на 30 микрограмм за более чем 100 лет. Это происходит из-за испарения атомов с поверхности цилиндра. Это достаточно большие значения для современных требований к точности. Килограмм является одной из семи основных единиц СИ, и накопленные отклонения могут стать причиной так называемого технического системного кризиса. Именно поэтому научное сообщество решило переопределить килограмм через точно измеренную и фиксированную постоянную Планка.

Установка, с помощью которой можно реализовать новый эталон массы, называется весы Киббла.
Весы Киббла использовались с середины 1970-х годов для измерения величины постоянной Планка. Сотрудники Национального института стандартов США Питер Мор и Барри Тэйлор в 1999 году предложили зафиксировать величину постоянной Планка и определять массу с помощью весов Киббла. Посмертно названное в честь изобретателя Браяна Питера Киббла, это усовершенствованные токовые весы, в которых эталоном выступает груз, который уравновешивает силу отталкивания между постоянным магнитом и катушкой, по которой пропускают ток. Таким образом, массу объекта можно найти за счет равенства электрической и механической сил.

Единица измерения силы тока – ампер – утвержденное в 1948 году, было основано на измерении силы, действующей на параллельные проводники с током. Теперь новое определения ампера основано на численном значении электрического заряда.

Единица измерения температуры — кельвин — до сегодняшнего дня определялась как 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды (это строго определенные значения температуры и давления, при которых вода может одновременно и равновесно существовать в твердом, жидком и газообразном состояниях). Это определение создавало свои неудобства, поскольку в воде всегда есть примеси тяжелых изотопов водорода и кислорода, и они могут значительно сдвигать тройную точку. Поэтому метрологам пришлось создать отдельный стандарт – Венский стандарт усредненной океанской воды. Ее рецепт выглядит так: 0,00015576 моля дейтерия на моль обычного водорода. Кроме того, для того, чтобы определять точные значения в других диапазонах, ученым приходилось контролировать точки плавления и кипения нескольких других веществ. Новое определение кельвина основано на постоянной Больцмана.

Единица измерения количества вещества – моль – была привязана к количеству атомов в 0,012 килограмма стабильного углерода-12, то есть был связан с массой. Новое определение моль будет определен через зафиксированную постоянную Авогадро.

 

Питання до теми «Динаміка»

Питання до тематичної атестації з теми «Динаміка»:

1. Визначте рівнодіючу сил, що діють на тіло, якщо маса тіла 1 т, а рівняння його руху має вигляд x = –200 + 20t – 2t2.
2. Визначте масу тіла, якщо проекція швидкості його руху під дією сили 400 Н змінюється відповідно υx = 4 + 5t.

3. Поясніть ситуації:

3.1. Удар молотком розбиває скло на дрібні осколки, а куля, що летить швидко, пробиває в склі тільки отвір.

3.2. Коли птах злітає, тонка гілка, на якій він сидів, спочатку опускається, а потім піднімається.

3.3. Чому в результаті зіткнення вантажівки з легковим автомобілем останній отримує серйозні пошкодження, адже сила удару, відповідно до третього закону Ньютона, однакова?

4. Сталевий брухт масою 10 кг лежить на землі горизонтально. З якою силою треба діяти на брухт, щоб підняти один з його кінців?
5. На нитці, перекинутої через нерухомий блок, підвішено тіло масою 0,5 кг. Яку силу необхідно прикласти до вільного кінця нитки, щоб система перебувала в рівновазі?
6. Тіло, вісь обертання якого закріплена і проходить через центр мас тіла, знаходиться в стані спокою. На тіло починають діяти три сили. Що відбувається з тілом?

а) залишиться в стані спокою; б) повернеться за годинниковою стрілкою;
в) повернеться проти годинникової стрілки; г) неможливо сказати

7. Тіло, вісь обертання якого закріплена і проходить через його центр мас, знаходиться в стані спокою. На тіло починають діяти три сили (рис. 2). Що відбувається з тілом?

а) залишиться в стані спокою; б) повернеться за годинниковою стрілкою;
в) повернеться проти годинникової стрілки; г) неможливо сказати

Ускорение свободного падения

Свободное падение — падение тел в безвоздушном пространстве под действием силы тяжести. Является равноускоренным движением.
Падение тел в воздухе можно приближенно считать свободным лишь при условии, что сопротивление воздуха мало и им можно пренебречь.

В случае свободного падения все тела, независимо от их массы, падают с одинаковым ускорением, которое называют ускорением свободного падения (g). Вектор ускорения свободного падения всегда направлен вертикально вниз.

Ускорение свободного падения — это ускорение, которое приобретают все тела при свободном падении вблизи поверхности независимо от их массы.

У поверхности Земли ускорение свободного падения считается величиной постоянной и расчитывается по формуле:

ускорение формула

G = 6,67408(31)·10−11 Н·м²·кг−2 — гравитационная постоянная;
M — масса Земли;
R — радиус Земли.
При этом значение ускорения свободного падения приблизительно равно
g = 9,81 м/с².
Ускорение свободного падения зависит от расстояния между центром планеты и поднятым над её поверхностью телом.
Для более точного расчета применяют формулу:

ускорение формула_2

h- высота подъема тела над поверхностью Земли;
Rз — радиус Земли

Ускорение свободного падения не зависит от массы падающего тела! Вектор ускорения свободного падения всегда направлен к центру Земли.

Ускорение свободного падения зависит:

1. от географической широты;
так как Земля сплюснута у полюсов из-за вращения вокруг своей оси
на полюсе g = 9,832 м/с²
на экваторе = 9,78 м/с²
Точные значения ускорения свободного падения для падающих тел на полюсе и на экваторе будут различны из-за неправильной формы Земли.
2. от высоты подъема тела над поверхностью Земли;
вблизи поверхности Земли ускорение свободного падения считается равным
9,8 м/с²
3. от гравитационных аномалий Земли, т.е. залежи полезных ископаемых искажают значение ускорения свободного падения в этих областях.

Для других планет ускорение свободного падения определяется аналогично. На каждой планете ускорение свободного падения зависит от радиуса и массы данной планеты:

ускорение формула_3

 

Маятники

Маятник — твёрдое тело, подвешенное в поле тяжести и совершающее механические колебания около неподвижной точки или оси под действием  сил тяжести, упругости и трения.

Во время колебаний маятника происходят постоянные превращения энергии из одного вида в другой. Кинетическая энергия маятника превращается в потенциальную энергию (гравитационную, упругую) и обратно. Кроме того, постепенно происходит диссипация кинетической энергии в тепловую за счёт сил трения.

Маятники используются в различных приборах, например, в часах и сейсмографах.

Виды маятников:

 

Маятник Максвелла

Маятник Максвелла

Маятник Максвелла — массивный диск, ось которого подвешена на двух накрученных на нее нитях. При наматывании нитей на маятник, маятник поднимается вверх. Если маятник отпустить, то он будет совершать возвратно- поступательное движение в вертикальной плоскости при одновременном вращении диска маятника вокруг горизонтальной оси.

 

Крутильный маятник

Крутильный маятник

Крутильный маятник — механическая система, представляющая собой тело, подвешенное в поле тяжести на тонкой нити и обладающее лишь одной степенью свободы: вращением вокруг оси, задаваемой неподвижной нитью.

 Если при повороте тела в нити возникает момент силы, пропорциональный углу поворота, то тело будет вращаться по гармоническому закону с периодом
T=2\pi {\sqrt {{\frac {I}{K}}}},

где I — момент инерции тела относительно оси кручения, а K — вращательный коэффициент жёсткости маятника.

Крутильный маятник представляет собой очень чувствительный механический прибор. Именно с помощью крутильного маятника изучается, например, гравитационное взаимодействие массивных тел в лаборатории и проверяется закон всемирного тяготения на субмиллиметровом масштабе.

Маятник Капицы

Маятник Капицы

Маятник Капицы — система, состоящая из грузика, прикреплённого к лёгкой нерастяжимой спице, которая крепится к вибрирующему подвесу. Маятник носит имя академика и нобелевского лауреата Петра Леонидовича Капицы, построившего в 1951 г. теорию для описания такой системы.

При неподвижной точке подвеса, модель описывает обычный математический маятник, для которого имеются два положения равновесия: в нижней точке и в верхней точке. При этом равновесие математического маятника в верхней точке является неустойчивым, и любое сколь угодно малое возмущение приводит к потере равновесия.

Удивительной особенностью маятника Капицы является то, что, вопреки интуиции, перевёрнутое (вертикальное) положение маятника может быть устойчивым в случае быстрых вибраций подвеса. Хотя такое наблюдение было сделано еще в 1908 г. А. Стефенсоном, в течение длительного времени не имелось математического объяснения причин такой устойчивости. П. Л. Капица экспериментально исследовал такой маятник, а также построил теорию динамической стабилизации, разделяя движение на «быстрые» и «медленные» переменные и введя эффективный потенциал.

Источник