LỰC CĂNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG
1. PHƯƠNG PHÁP GIẢI
- 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 = σ l.
- Với σ là hệ số căng mặt ngoài, có đơn vị là N/m. Hệ số σ phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ của chất lỏng : σ giảm khi nhiệt độ tăng.
2. VÍ DỤ MINH HỌA
Bài 1: Một màng xà phòng được căng trên mặt khung dây đồng hình chữ nhật treo thẳng đứng, đoạn dây ab dài 50mm và có thể trượt dễ dàng trên khung. Tính trọng lượng P của đoạn dây ab để nó cân bằng. Màng xà phòng có hệ số căng mặt ngoài σ = 0,04N/m.
Hướng dẫn:
Lực căng bề mặt của xà phòng là: F = σ.l.
Để dây nằm cân bằng thì: F = P.
⇔ P = σ.l = 2.10-3 N.
Bài 2: Nhúng một khung hình vuông có chiều dài mỗi cạnh là 10cm vào rượu rồi kéo lên. Tính lực tối thiểu kéo khung lên, nếu biết khối lượng của khung là 5g. cho hệ số căng bề mặt của rượu là 24.10-3N/m và g = 9,8m/s2.
Hướng dẫn:
Lực kéo cần thiết để nâng khung lên: Fk = mg + f.
Ở đây f = 2.s.l nên:
Fk = mg + 2.s.l = 5.10-3.9,8+2.24.10-3.4.0,1 = 0,068 N
Bài 3: Một vòng xuyến có đường kính ngoài là 44 mm và đường kính trong là 40 mm. Trọng lượng của vòng xuyến là 45 mN. Lực bứt vòng xuyến này ra khỏi bề mặt của glixerin ở 20oC là 64,3 mN. Tính hệ số căng bề mặt của glixerin ở nhiệt độ này.
Giải
- Khi nhấc vòng xuyến lên, lực căng bề mặt của glixerin hướng xuống cùng hướng trọng lực P của vòng xuyến, do đó ta có lực bứt vòng xuyến này ra khỏi bề mặt của glixerin là:
\({{F}_{b}}={{f}_{c}}+P\)
=> Lực căng bề mặt của glixerin tác dụng lên vòng xuyến:
\({{f}_{c}}={{F}_{b}}-P=64,3-45=19,3mN\)
- Đường giới hạn bằng tổng chu vi ngoài và chu vi trong của vòng xuyến:
\(\begin{array}{l}
l = \pi d + \pi D = \pi \left( {d + D} \right)\\
= 3,14.\left( {{{40.10}^{ - 3}} + {{44.10}^{ - 3}}} \right) = 0,26376\left( m \right)
\end{array}\)
- Áp dụng công thức tính lực căng bề mặt: fc=σl
Ta có hệ số căng bề mặt của glixerin:
\(\sigma =\frac{{{f}_{c}}}{l}=\frac{{{19,3.10}^{-3}}}{0,26376}=0,073\left( N/m \right)\)
3. BÀI TẬP VẬN DỤNG
Câu 1. Một vòng nhôm mỏng có đường kính là 50 mm và có trọng lượng P = 68.10-3N được treo vào một lực kế lò xo sao cho đáy của vòng nhôm tiếp xúc với mặt nước. Lực \(\overrightarrow{F}\) để kéo bứt vòng nhôm ra khỏi mặt nước bằng bao nhiêu, nếu biết hệ số căng bề mặt của nước là 72.10-3 N/m.
A. F = 1,13.102 N.
B. F = 2,26.10-2 N.
C. F = 22,6.10-2 N.
D. F = 9,06.10-2 N.
Câu 2. Một vòng dây kim loại có đường kính 8cm được dìm nằm ngang trong một chậu dầu thô. Khi kéo vòng dây ra khỏi dầu, người ta đo được lực phải tác dụng thêm do lực căng bề mặt là 9,2. 10-3N. Hệ số căng bề mặt của dầu trong chậu là giá trị nào sau đây?
A. \(\sigma \) = 18,4. 10-3 N/m.
B. \(\sigma \)=18,4. 10-4 N/m.
C. \(\sigma \)= 18,4. 10-5 N/m.
D. \(\sigma \)= 18,4. 10-6 N/m.
Câu 3. Một màng xà phòng được tại ra bởi một khung dây théo hình chữ nhật đặt nằm ngang có cạnh AB =5cm di động được. Cho biết hệ số căng bề mặt của nước xà phòng là 0,04N/m. Hỏi cần thực hiện một công bằng bao nhiêu để làm tăng diện tích màng xà phòng bằng cách dịch chuyển đều cạnh AB một đoạn 8cm?
A.4.10-4J. B. 3,2.10-4J. C. 8.10-4. D. 1,6.10-4J.
Câu 4. Một màng xà phòng căng trên một khung dây đồng hình chữ nhật treo thẳng đứng. Đoạn dây AB dài 50 mm và có thể trượt dễ dàng trên khung. Hệ số căng bề mặt của xà phòng là 0,04N/m. Dây AB sẽ đứng yên khi trọng lượng của nó là
A. 2.10-3N. B. 4.10-3N. C. 1,6.10-3N. D. 2,5.10-3N.
Câu 5. Một cọng rơm dài 8cm nổi trên mặt nước. Người ta nhỏ dung dịch xà phòng xuống một bên mặt nước (Nước xà phòng chỉ lan ra ở một bên của cọng rơm). Hỏi cọng rơm di chuyển về phía nào? Lực tác dụng vào cọng rơm là bao nhiêu? Cho hệ số căng mặt ngoài của nước và của xà phòng lần lượt là 75.10-3N/m và 40.10-3N/m
A. Cọng rơm chuyển động về phía xà phòng, lực tác dụng là 2,8.10-3N.
B. Cọng rơm chuyển động về phía nước, lực tác dụng là 1,5.10-3N.
C. Cọng rơm chuyển động về phía xà phòng, lực tác dụng là 1,5.10-3N.
D. Cọng rơm chuyển động về phía nước, lực tác dụng là 2,8.10-3N.
Câu 6. Ta thả nổi trên mặt nước một cọng rơm dài 10cm. Bây giờ ta nhỏ dung dịch xà phòng vào nước ở một phía của cọng rơm, ta thấy cọng rơm dịch chuyển về phía kia. Cho hệ số căng bề mặt của nước là 73.10-3N/m và nước xà phòng 40.10-3N/m. Lực tác dụng làm cọng rơm dịch chuyển là
A.33.10-4N.
B. 113.10-4N.
C. 40.10-3N.
D. 73.10-4N.
Câu 7. Một màng xà phòng được căng trên mặt khung dây đồng hình chữ nhật treo thảng đứng, đoạn dây AB dài 80 mm có thể trượt không ma sát trên khung này. Cho biết hệ số căng bề mặt của nước xà phòng là
40.10-3 N/m và khối lượng riêng của đồng là 8,9.103 kg/m3. Lấy g ≈ 9,8 m/s2 Để đoạn dây AB để nó nằm cân bằng thì đường kính của sợi dây bằng
A. 10,8 mm. B. 12,6 mm. C. 2,6 mm. D. 1,08 mm.
Câu 8. Một ống nhỏ giọt dựng thẳng đứng bên trong đựng nước. Nước dính hoàn toàn miệng ống và đường kính miệng dưới của ống là 0,43 mm. Trọng lượng mỗi giọt nước rơi khỏi miệng ống là 9,72. 10-5 N. Hệ số căng mặt của nước xấp xỉ bằng
A. 72.10-3 N/m.
B. 36.10-2 N/m.
C. 72. 10-5 N/m.
D. 13,8.102 N/m.
Câu 9. Dùng một ống nhỏ giọt có đường kính trong của ống là d = 0,4mm để nhỏ 0,5cm3 dầu hoả thành 100giọt. Biết Ddh = 800kg/m3, g = 9,8m/s2. Hệ số căng mặt ngoài của dầu hoả bằng
A. 0,03N/m B. 0,031N/m. C. 0,032N/m. D. 0,033N/m.
Câu 10. Có 40 giọt nước rơi ra từ đầu dưới của một ống nhỏ giọt có đường kính trong là 2mm. Tổng khối lượng của các giọt nước là 1,9g. Lấy g = 10m/s2, coi trọng lượng của mỗi giọt khi rơi đúng bằng lực căng mặt ngoài đặt lên vòng tròn trong của ống nhỏ giọt. Hệ số căng mặt ngoài của nước là
A. 72,3.10-3N/m.
B. 75,6.10-3N/m.
C. 78,8.10-3N/m.
D. 70,1.10-3N/m.
Câu 11. Một vòng nhôm mỏng có đường kính 50 mm và có trọng lượng P = 68.10-3 N được treo vào một lực kế lò xo sao cho đáy của vòng nhôm tiếp xúc với mặt nước. Lực tối thiểu để kéo vòng nhôm ra khỏi mặt nước bằng bao nhiêu, nếu hệ số căng mặt ngoài của nước là 72.10-3 N/m?
A. 1,13.10-2 N. B. 2,26.10-2 N. C. 22,6.10-2 N. D. 9,06.10-2 N.
Câu 12. Một bình có ống nhỏ giọt ở đầu phía dưới. Rượu chứa trong bình chảy khỏi ống nhỏ giọt này thành từng giọt cách nhau 2,0 s. Miệng ống nhỏ giọt có bán kính 1,0 mm. Sau khoảng thời gian 720s, khối lượng rượu chảy khỏi ống là 10g. Coi rằng chỗ thắt của giọt rượu khi nó bắt đầu rơi khỏi miệng ống nhỏ giọt có đường kính bằng đường kính của ống nhỏ giọt. Lấy g = 9,8 m/s2. Hệ số căng bề mặt của rượu bằng
A. 44,2.10-3N/m.
B. 86,7.10-3N/m.
C. 43,3.10-3N/m.
D. 21,7.10-3N/m.
Câu 13. Một mẩu gỗ hình lập phương có khối lượng 20 g được đặt nổi trên mặt nước. Mẩu gỗ có cạnh dài 30 mm và dính ướt nước hoàn toàn. Cho biết nước có khối lượng riêng là 1000 kg/m3 và hệ số căng bề mặt là 0,072 N/ Lấy g = 9,8 m/s2. Độ ngập sâu trong nước của mẩu gỗ bằng
A. 21cm. B. 23cm. C. 22cm. D. 24cm.
Câu 14. Một quả cầu mặt ngoài hoàn toàn không dính ướt. Biết bán kính cùa quả cầu là 0,1m, suất căng mặt ngoài của nước là 0,073N/m. Để quả cầu không chìm trong nước thì khối lượng của nó phải thỏa điều kiện nào sau đây?
A. m ≤ 4,7.10-3 kg.
B. m ≤ 3,6.10-3 kg.
C. m ≤ 2,6.10-3 kg.
D. m ≤ 1,6.10-3 kg.
Câu 15. Một chiếc kim hình trụ bằng thép có bôi một lớp mỏng dầu nhờn ở mặt ngoài được đặt nằm ngang và nổi trên mặt nước. Cho biết khối lượng riêng của thép là 7800 kg/m3 và của nước là 1000 kg/m3 hệ số căng bề mặt của nước là 0,072 N/m, lấy g ≈ 9,8 m/s2. Đường kính chiếc kim bằng 5% độ dài của nó. Để độ chìm sâu trong nước của chiếc kim bằng bán kính của nó thì đường kính lớn nhất của chiếc kim là
A.2,91mm. B.1,62mm. C. 1,16mm. D. 1,64mm.
Câu 16. Một ống mao dẫn dài và mỏng có hai đầu đều hở được cắm thẳng đứng xuống nước sao cho toàn bộ chiều dài của ống ngập trong nước. Dùng tay bịt kín đầu dưới của ống và nhấc ống thẳng đứng lên khỏi nước. Sau đó buông nhẹ tay để đầu dưới của ống lại hở. Cho biết đường kính của ống là 2,0 mm, khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m3 và hệ số căng bể mặt của nước là 72,5.10-3 N/m, lấy g ≈ 9,8 m/s2. Độ cao của cột nước còn đọng trong ống bằng
A.14,8mm. B. 29,6mm. C. 29,4mm. D. 14,8cm.
ĐÁP ÁN
| Câu | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| ĐA | D | A | B | B | D | A | D | A | B | C |
| Câu | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| ĐA | B | C | B | A | D | A |
|
|
|
|
---(Hết)---
Trên đây là toàn bộ nội dung Phương pháp giải bài tập Lực căng mặt ngoài của chất lỏng môn Vật Lý 10 năm 2021. Để xem thêm nhiều tài liệu hữu ích khác, các em đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.
Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.
Chúc các em học tốt!
