PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP HIỆN TƯỢNG CĂNG BỀ MẶT CỦA CHẤT LỎNG
I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1. Hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng
Những lực kéo căng bề mặt chất lỏng gọi là lực căng bề mặt của chất lỏng.
- Lực căng bề mặt tác dụng lên một đoạn đường nhỏ bất kì trên bề mặt chất lỏng 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 chất lỏng và có độ lớn f tỉ lệ thuận với độ dài l của đoạn đường đó.
f = σ.l
Trong đó: σ là hệ số căng mặt ngoài (N/m)
Giá trị của σ phụ thuộc bản chất và nhiệt độ của chất lỏng: σ giảm khi nhiệt độ tăng.
- Ứng dụng:
+ Nhờ có lực căng mặt ngoài nên nước mưa không thể lọt qua các lỗ nhỏ giữa các sợi vải căng trên ô dù hoặc trên các mui bạt ô tô
+ Hòa 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
+ Một giọt nước trên chiếc lá nơi trọng lực tác dụng vào giọt nước rất nhỏ nên giọt nước có dạng hình cầu
+ Lực căng bề mặt của chất lỏng tạo ra một lớp màng mỏng ngăn chặn những vật có trọng lượng nhỏ như loài nhện nước có thể xuyên qua lớp màng mỏng đó ngập sâu vào trong nước, cũng nhờ thế mà nó có thể lướt đi nhẹ nhàng trên mặt nước
2. Hiện tượng dính ướt. Hiện tượng không dính ướt
- Hiện tượng dính ướt là hiện tượng một vật liệu nào đó bị dính chất lỏng và bị ướt, chất lỏng lan rộng ra trên bề mặt tiếp xúc và có hình dạng bất kì.
- Hiện tượng không dính ướt là hiện tượng vật liệu đó khi tiếp xúc với chất lỏng và vật giữ nguyên được trạng thái khô ráo, chất lỏng có xu hướng co tròn lại thành một khối cầu sau đó bị dẹt xuống do tác dụng của trọng lực.
- Ứng dụng: Hiện tượng mặt vận rắn bị dính ướt chất lỏng được ứng dụng để làm giàu quặng theo phương pháp “tuyển nổi”
3. 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 xảy ra hiện tượng mao dẫn gọi là ống mao dẫn.
- Hệ số căng mặt ngoài càng lớn, đường kính trong của ống càng nhỏ, mức chênh lệch chất lỏng trong ống và ngoài ống càng lớn.
- Ứng dụng:
+ Các cây xanh dù lớn hay rất nhỏ đều có bộ rễ cắm sâu vào 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 để nuôi sống cây.
+ Bấc dầu là một loại vật liệu gồm nhiều sợi bông nhỏ đóng vai trò như một ống mao dẫn giúp dầu hỏa lên đến ngọn bấc để cháy.
+ Hiện tượng mao dẫn xảy ra ở các vách tường trong nhà, nơi vách tường tiếp xúc nhiều với chất lỏng ẩm ướt ở nền nhà. Lâu ngày do hiện tượng mao dẫn, các chất lỏng dưới nền nhà dâng lên làm ẩm cả bức tường.
II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI
- Những lực kéo căng bề mặt chất lỏng gọi là lực căng bề mặt của chất lỏng.
- Lực căng bề mặt tác dụng lên một đoạn đường nhỏ bất kì trên bề mặt chất lỏng 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 chất lỏng và có độ lớn f tỉ lệ thuận với độ dài l của đoạn đường đó.
f = σ.l
- Trong đó: σ là hệ số căng mặt ngoài (N/m)
- Giá trị của σ phụ thuộc bản chất và nhiệt độ của chất lỏng: σ giảm khi nhiệt độ tăng.
III. BÀI TẬP THAM KHẢO
Câu 1: Một chiếc vòng nhôm có bề dày không đáng kể, có đường kính 20 cm được treo bởi một lực kế sao cho đáy vòng nhôm tiếp xúc với mặt nước. Cho hệ số lực căng bởi bề mặt của nước là 73.10-3N/m. Lực căng bề mặt tác dụng lên vòng nhôm có độ lớn gần đúng bằng
A. 0,055 N.
B. 0,0045 N.
C. 0,090 N.
D. 0,040 N.
Giải
Chọn C
Lực căng bề mặt tác dụng lên mặt trong và mặt ngoài của vòng nhôm.
Fc = 2σπd = 2.72.10-3.π.0,2 = 0,09 N.
Câu 2: Một màng xà phòng được căng trên một khung dây đồng hình vuông có chu vi là 320 mm. Cho hệ số căng bề mặt của nước xà phòng là 40.10-3N/m. Lực căng bề mặt tác dụng lên mỗi cạnh khung dây có độ lớn là
A. 4,5 mN.
B. 3,5 mN.
C. 3,2 mN.
D. 6,4 mN.
Giải
Chọn D
Màng xà phòng có hai mặt ngoài tác dụng lên mỗi cạnh của khung:
Câu 3: Một màng xà phòng được căng trên một khung dây đồng hình chữ nhật treo thẳng đứng, đoạn dây AB dài 10 cm có thể trượt không ma sát trên khung, nằm cân bằng (Hình 37.1). Cho hệ số căng bề mặt của nước xà phòng là 40.10-3N/m. Lấy gia tốc rơi tự do g = 10 m/s2. Khối lượng của đoạn dây AB là
A. 0,5 g.
B. 0,8 g.
C. 0,6 g.
D. 0,4 g.
Giải
Chọn B
Khi thanh AB cân băng thì lực căng do màng xà phòng cân bằng với trọng lực:
Câu 4: Một ống nhỏ giọt đựng thẳng đứng bên trong đựng nước. Nước dính ướt hoàn toàn miệng ống và đường kính miệng dưới của ống là 0,45 mm. Hệ số căng bề mặt của nước là 72.10-3N/m. Trọng lượng lớn nhất của giọt nước khi rơi khỏi miệng ống gần đúng là
A. 0,10 mN.
B. 0,15 mN.
C. 0,20 mN.
D. 0,25 mN.
Giải
Chọn A
Trọng lượng lớn nhất của giọt nước bằng lực căng bề mặt ở miệng ống nhỏ giọt:
Pmax = Fc = σπd = 72.10-3.π.0,45.10-3 N = 0,10 mN.
Câu 5: Một chiếc vòng nhôm có trọng lượng P = 62,8.10-3N đặt thẳng đứng sao cho đáy của nó tiếp xúc với mặt nước. Cho đường kính trong và đường kính ngoài của vòng nhôm lần lượt là 46 mm và 48 mm; hệ số căng bề mặt của nước là 72.10-3N/m. Kéo vòng nhôm bằng một lực F thẳng đứng lên trên, để kéo được vòng nhôm rời khỏi mặt nước thì độ lớn của lực F phải lớn hơn giá trị nhỏ nhất là
A. 74,11 mN.
B. 86,94 mN.
C. 84,05 mN.
D. 73,65 mN.
Giải
Chọn C
Do nước dính ướt nhôm nên lực căng bề mặt tác dụng lên mặt trong và mặt ngoài của vòng nhôm cùng hướng với trọng lực.
Fmin = P + Fc1 + Fc2 = P + σ.π.(d1 + d2)
Fmin = 62,8.10-3 + 72.10-3π(46 + 48).10-3 = 84,05.10-3 N = 84,05 mN.
...
---(Nội dung tiếp theo của tài liệu, các em vui lòng xem tại online hoặc tải về)---
Trên đây là trich dẫn một phần nội dung tài liệu Phương pháp giải bài tập về Hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng môn Vật Lý 10 năm 2021. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc 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.
