Bài 37: Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng

2.1.1. Thí nghiệm.

•   Chọc thủng màng xà phòng bên trong vòng dây chỉ ta thấy vòng dây chỉ được căng tròn.

•   Hiện tượng cho thấy trên bề mặt màng xà phòng đã có các lực nằm tiếp tuyến với bề mặt màng và kéo nó căng đều theo mọi phương vuông góc với vòng dây chỉ.

•   Những lực kéo căng bề mặt chất lỏng gọi là lực căng bề mặt chất lỏng.

2.1.2. Giải thích hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng

• Hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng xảy ra ở mọi chất lỏng, sự hình thành lực căng bề mặt chất lỏng là do lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng.

• Bên trong lòng chất lỏng các phân tử chất lỏng ở cạnh nhau theo mọi hướng nên lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng bị chia nhỏ cho các phân tử chất lỏng xung quanh.

• Đối với các phân tử chất lỏng ở bề mặt, do các phân tử chất lỏng xung quanh bị ít đi nên lực liên kết giữa các phân tử chất lỏng không bị chia quá nhỏ cho các phân tử chất lỏng xung quanh từ đó hình thành nên lực căng bề mặt của chất lỏng giữ cho mặt chất lỏng luôn "căng".

• Lực liên kết giữa các phân tử tại bề mặt chất lỏng lớn hơn lực liên kết giữa các phân tử bên trong lòng chất lỏng, từ đó hình thành nên lực căng bề mặt của chất lỏng

2.1.3. Lực căng bề mặt.

• Lực căng bề mặt tác dụng lên một đoạn đường nhỏ bất kì trên bề mặt chất lỏng luôn luôn có phương vuông góc với đoạn đường này và tiếp tuyến với bề mặt chất lỏng, có chiều làm giảm diện tích bề mặt của chất lỏng và có độ lớn tỉ lệ thuận với độ dài của đoạn đường đó : \(F=\sigma .l\).

• Trong đó:

  • F: lực căng bề mặt chất lỏng (N)

  • \(\sigma\): hệ số căng bề mặt của chất lỏng (N/m)

  • \(l\): độ dài đường giới hạn bề mặt chất lỏng (m)

• Hệ số \(\sigma\) phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ của chất lỏng : \(\sigma\) giảm khi nhiệt độ tăng.

2.1.4. Ứng dụng.

• Nhờ có lực căng mặt ngoài nên nước mưa không thể lọt qua các lổ nhỏ giữa các sợi vải căng trên ô dù hoặc trên các mui bạt ôtô.
• Hoà tan xà phòng vào nước sẽ làm giảm đáng kể lực căng mặt ngoài của nước, nên nước xà phòng dễ thấm vào các sợi vải khi giặt để làm sạch các sợi vải, …

2.1.5. Vận dụng để xác định lực căng mặt ngoài và hệ số căng mặt ngoài.

• Lực căng mặt ngoài tác dụng lên vòng chỉ trong thí nghiệm: \(F_c=\sigma .2\pi d\)

• Với d là đường kính của vòng dây, \(\pi d\) là chu vi của vòng dây. Vì màng xà phòng có hai mặt trên và dưới phải nhân đôi.

• Xác định hệ số căng mặt ngoài bằng thí nghiệm :

• Số chỉ của lực kế khi bắt đầu nâng được vòng nhôm lên : \(F=F_c+P\Rightarrow F_c=F-P\)

• Mà \(F_c=\sigma .\pi \left (D+d \right )\) ⇒ \(\sigma =\frac{F_c}{\pi \left (D+d \right )}\)

2.2.1. Thí nghiệm.

• Giọt nước nhỏ lên bản thuỷ tinh sẽ bị lan rộng ra thành một hình dạng bất kỳ, vì nước dính ướt thuỷ tinh.

• Giọt nước nhỏ lên bản thuỷ tinh phủ một lớp nilon sẽ vo tròn lại và bị dẹt xuống do tác dụng của trọng lực, vì nước không dính ướt với nilon.

• Bề mặt chất lỏng ở sát thành bình chứa nó có dạng mặt khum lỏm khi thành bình bị dính ướt và có dạng mặt khum lồi khi thành bình không bị dính ướt.

So sánh hiện tượng dính ướt và hiện tượng không dính ướt

2.2.2. Ứng dụng.

• Hiện tượng mặt vật rắn bị dính ướt chất lỏng được ứng dụng để làm giàu quặng theo phương pháp “tuyển nổi”.

2.3.1. Thí nghiệm.

• Nhúng các ống thuỷ tinh có đường kính trong nhỏ vào trong chất lỏng ta thấy :

.

• Nếu thành ống bị dính ướt, mức chất lỏng bên trong ống sẽ dâng cao hơn bề mặt chất lỏng ở ngoài ống và bề mặt chất lỏng trong ống có dạng mặt khum lỏm.

• Nếu thành ống không bị dính ướt, mức chất lỏng bên trong ống sẽ hạ thấp hơn bề mặt chất lỏng ở ngoài ống và bề mặt chất lỏng trong ống có dạng mặt khum lồi.

• Nếu có đường kính trong càng nhỏ, thì mức độ dâng cao hoặc hạ thấp của mức chất lỏng bên trong ống so với bề mặt chất lỏng ở bên ngoài ống càng lớn.

2.3.2. Hiện tượng mao dẫn.

• Hiện tượng mức chất lỏng ở bên trong các ống có đường kính nhỏ luôn dâng cao hơn, hoặc hạ thấp hơn so với bề mặt chất lỏng ở bên ngoài ống gọi là hiện tượng mao dẫn.

• Các ống trong đó xẩy ra hiện tượng mao dẫn gọi là ống mao dẫn.

• Hệ số căng mặt ngoài \(\sigma\) càng lớn, đường kính trong của ống càng nhỏ thì mức chênh lệch chất lỏng trong ống và ngoài ống càng lớn.

2.3.3. Ứng dụng.

• Ứng dụng hiện tượng mao dẫn trong chế tạo đèn dầu thời xưa . Bấc dầu là một loại vật liệu gồm nhiều sợi bông nhỏ đóng vai trò như ống mao dẫn giúp nâng chất lỏng (dầu) lên phía trên để làm nguyên liệu cháy cho ngọn lửa.

• Các cây xanh dù to lớn, hay rất nhỏ đều có một bộ rễ cắm sâu vào trong lòng đất, các sợi rễ này giống như ống mao dẫn giúp vận chuyển chất lỏng cùng muối khoáng từ trong các mạch nước ngầm sâu trong lòng đất lên thân để nuôi sống cây.

Bài 1:

Rượu có hệ số căng mặt ngoài là \(21,{4.10^ - }^3(N/m)\). Tính lực căng bề mặt của rượu khi nhúng một khung kim loại mỏng hình vuông cạnh 6cm vào trong nó.

Hướng dẫn giải:

\(\sigma  = 21,{4.10^ - }^3(N/m)\)

• Chu vi của hình vuông: \(l = {4.6.10^ - }^2 = 0,24m\)

• Lực căng bề mặt:  \(F = \sigma .2l = 0,01(N).\)

Bài 2:

Một vòng xuyến có đường kính ngoài là 44mm và đường kính trong là 40mm. Trọng lượng của vòng xuyến là 45mN. Lực bứt vòng xuyến này ra khỏi bề mặt của glixerin ở \(20^oC\) là 64,3 mN. Tính hệ số căng bề mặt của glixerin ở nhiệt độ này.

Hướng dẫn giải:

• Ta có:

Lực căng bề mặt của glixerin tác dụng lên vòng xuyến:

                 \(F_C = F - P = 62,5 - 45 = 17,5 mN.\)

Tổng chu vi ngoài và chu vi trong của vòng xuyến:

               \(P = \pi (D+d) = 3,14 ( 44 + 40 ) = 263, 76mm\)

Hệ số căng mặt ngoài của glixerin ở \(20^oC\):

                 \(\delta =\frac{F_{c}}{}l=\)  \(\frac{17,5.10^{-3}}{263,76.10^{-3}} = 66,3.10^{-3} N/m.\)

Qua bài giảng Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Mô tả được thí nghiệm về hiện tượng căng bề mặt và nêu được ý nghĩa, đơn vị đo của hệ số căng bề mặt.

• Mô tả được thí nghiệm về hiện tượng dính ướt và hiện tượng không dính ướt.

• Mô tả được thí nghiệm về hiện tượng mao dẫn.

• Vận dụng được công thức tính lực căng bề mặt để giải các bài tập.

• Vận dụng được công thức tính độ chênh của mức chất lỏng bên trong ống mao dẫn so với bề mặt chất lỏng bên ngoài ống để giải các bài tập đã cho trong bài.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 10 Bài 37 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Một màng xà phòng được căng trên bề mặt khung dây đồng mảnh hình chữ nhật treo thẳng đứng, đoạn dây đồng ab dài 50 mm và có thể trượt dễ dàng dọc theo chiều dài của khung. Tính trọng lượng P của đoạn dây ab để nó nằm cân bằng. Màng xà phòng có hệ số căng bề mặt σ = 0,040 N/m.

  • A. \(P = 1. 10^{-3}N.\)
  • B. \(P = 2. 10^{-3}N.\)
  • C. \(P = 3. 10^{-3}N.\)
  • D. \(P = 4. 10^{-3}N.\)

• Câu 2:

  Một vòng xuyến có đường kính ngoài là 44mm và đường kính trong là 40mm. Trọng lượng của vòng xuyến là 45mN. Lực bứt vòng xuyến này ra khỏi bề mặt của glixerin ở \(20^oC\) là 64,3 mN. Tính hệ số căng bề mặt của glixerin ở nhiệt độ này.

  • A. \(66,3.10^{-2} N/m.\)
  • B. \(22,1.10^{-2} N/m.\)
  • C. \(66,3.10^{-3} N/m.\)
  • D. \(22,1.10^{-3} N/m.\)

• Câu 3:

  Rượu có hệ số căng mặt ngoài là \(21,{4.10^ - }^3(N/m)\) . Tính lực căng bề mặt của rượu khi nhúng một khung kim loại mỏng hình vuông cạnh 6cm vào trong nó.

  • A. \(F=0,05(N)\)
  • B. \(F=0,03(N)\)
  • C. \(F=0,02(N)\)
  • D. \(F=0,01(N)\)

• Câu 4:

  Tại sao giọt dầu lại có dạng khối cầu nằm lơ lửng trong dung dịch rượu có cùng khối lượng riêng với nó?

  • A. Vì hợp lực tác dụng lên giọt dầu bằng không, nên do hiện tượng căng bề mặt, làm cho diện tích bề mặt của giọt dầu co lại đến giá trị nhỏ nhất ứng với diện tích mặt cầu và nằm lơ lửng trong dung dịch rượu.
  • B. Vì giọt dầu không chịu tác dụng của lực nào cả, nên do hiện tượng căng bề mặt, diện tích bề mặt giọt dầu co lại đến giá trị nhỏ nhất ứng với diện tích mặt cầu và nằm lơ lửng trong dung dịch rượu.
  • C. Vì giọt dầu không bị dung dịch rượu dính ướt, nên nó nằm lơ lửng trong dung dịch rượu.
  • D. Vì lực căng bề mặt của dầu lớn hơn lực căng bề mặt của dung dịch rượu, nên nó nằm lơ lửng trong dung dịch rượu.

• Câu 5:

  Tại sao nước mưa không bị lọt qua được các lỗ nhỏ trên tấm vải bạt?

  • A.  Vì vải bạt bị dính ướt nước .
  • B. Vì vải bạt không bị dính ướt nước.
  • C. Vì lực căng bề mặt của nước ngăn cản không cho nước lọt qua các lỗ nhỏ của tấm bạt.
  • D. Vì hiện tượng mao dẫn nhăn cản không cho nước lọt qua các lỗ trên tấm bạt.

Câu 6- Câu 16: Xem thêm phần trắc nghiệm để làm thử Online 

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 10 Bài 37 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Bài tập 3 trang 266 SGK Vật lý 10 nâng cao

Bài tập 4 trang 266 SGK Vật lý 10 nâng cao

Bài tập 37.1 trang 89 SBT Vật lý 10

Bài tập 37.2 trang 89 SBT Vật lý 10

Bài tập 37.3 trang 90 SBT Vật lý 10

Bài tập 37.4 trang 90 SBT Vật lý 10

Bài tập 37.5 trang 90 SBT Vật lý 10

Bài tập 37.6 trang 90 SBT Vật lý 10

Bài tập 37.7 trang 90 SBT Vật lý 10

Bài tập 37.8 trang 90 SBT Vật lý 10

Bài tập 37.9 trang 91 SBT Vật lý 10

Bài tập 37.10 trang 91 SBT Vật lý 10

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý Chúng tôi sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!