Bài giảng Vật lí Lớp 10 - Bài thực hành số 2: Hiện tượng căng mặt ngoài

BÀI THỰC HÀNH SỐ 2 
HIỆN TƯỢNG CĂNG MẶT NGOÀI 
CON NHỆN TRÊN MẶT NƯỚC 
Giọt nước trên lá 
CÁI KẸP GIẤY NỔI TRÊN MẶT NƯỚC 
TẠI SAO CHÚNG LẠI N ỔI TRÊN MẶT NƯỚC ? 
Phải chăng chúng nổi là do lực đẩy acsimet ? 
Định luật ACSIMET:Lực đẩy Acsimet tác dụng vào 1 vật rắn nhúng trong nó có chiều hướng lên & có độ lớn bằng trọng lượng của lưu chất ,có thể tích bằng thể tích của vật . 
Nguyên nhân các vật trên nổi không phải do lực đẩy Acsimet. 
Vậy lực đó là lực gì? 
Tình huống thí nghiệm: 
Đặt 1 đồng xu trên mặt nước nếu khéo léo thì chúng nổi,nhưng nếu ấn nó xuống nó sẽ chìm & rơi xuống đáy chậu nước. 
 Gợi cho ta suy nghĩ rằng: trạng thái vật lý của chất lỏng trên mặt thoáng & trong lòng chậu phải chăng có sự khác nhau? 
Để so sánh tương tác của các phân tử phía trên mặt thoáng & bên trong khối chất lỏng,người ta đưa ra MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CỦA CHẤT LỎNG. 
MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CỦA CHẤT LỎNG: 
 *Khi các phân tử ở sâu trong lòng chất lỏng thì lực hút của các phân tử khác lên nó cân bằng nhau. 
 *Khi phân tử ở gần mặt thoáng thì hợp lực của các lực hút phân tử tác dụng lên nó không cân bằng nhau mà hướng vào trong lòng chất lỏng? 
 Do đó,các phân tử ở sát mặt thoáng có xu hướng bị kéo vào trong lòng chất lỏng. 
Nếu có tác động từ bên ngoài làm giản mặt thoáng thì sẽ xuất hiện lực trên mặt thoáng chống lại tác động này: 
 HỆ QUẢ :Trạng thái của chất lỏng trên mặt thoáng khác trong lòng chất lỏng,mặt thoáng dường như bị “căng” do các phân tử có xu hướng bị hút vào trong lòng khối chất lỏng, làm diện tích mặt thoáng giảm đi. 
KẾT LUẬN : Một kh ố i chất lỏng bao giờ cũng có mặt thoáng ở dạng sao cho diện tích có giá trị nhỏ nhất (có thể đạt được).Vậy nếu không có ngoại lực, mặt thoáng là mặt cầu. Nếu có lực tác động từ bên ngoài làm giãn mặt thoáng thì sẽ xuất hiện LỰC trên mặt thoáng chống lại tác động này . 
Và lực này được gọi là : 
 LỰC CĂNG MẶT NGOÀI 
LỰC CĂNG MẶT NGOÀI 
 GIẢ THUYẾT : 
*Phương: nằm trên mặt thoáng. 
*Chiều: có xu hướng kéo giảm diện tích mặt thoáng. 
*Điểm đặt: mọi điểm xung quanh vật tác động làm tăng diện tích mặt thoáng. 
*Độ lớn: phụ thuộc vào bản chất chất lỏng & chu vi phần tiếp xúc của vật tác động lên mặt thoáng. 
Thí nghiệm kiểm chứng giả thuyết về độ lớn lực căng 
Lấy 1 khung dây bằng thép mảnh có sợi chỉ được buộc như trên,nhúng khung dây vào nước xà phòng rồi lấy ra nhẹ nhàng. Ta chọc thủng màng ở 1 điểm bên trong vòng sợi chỉ.Quan sát hiện tượng xảy ra & giải thích? 
(Với t/n này chỉ kiểm chứng được tính đúng đắn của giả thuyết về phương,chiều, điểm đặt của lực căng mặt ngoài) 
Phương án 1:xác định dộ lớn lực căng mặt ngoài 
Nhúng 1 khung hình chữ nhật làm bằng dây thép mảnh có 1 cạnh di chuyển dễ dàng(AB),vào nước xà phòng rồi lấy ra nhẹ nhàng. Nếu để mặt khung nằm ngang thì cạnh ABù dịch chuyển 1 đoạn theo chiều làm cho màng xà phòng co lại để giảm diện tích mặt ngoài đến mức nhỏ nhất có thể được. 
Trong thí nghiệm 2 ta đã thừa nhận sự tồn tại của lực căng mặt ngoài, & hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm 3 cũng là do lực 
 căng mặt ngoài tác dụng lên thanh AB. 
Các phép đo chính xác cho thấy độ lớn lực căng mặt 
ngoài tỉ lệ với chiều dài của đường giới hạn mặt ngoài của chất lỏng: 
 * là hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng,đơn vị: N/m 
Phương án 2: 
Biểu thức: 
 Trong đó: 
F: Lực căng mặt ngoài 
 : Hệ số căng mặt ngoài 
l : 
Vận dụng: 
Hiện tượng căng mặt ngoài không chỉ xảy ra trên mặt thoáng giữa chất lỏng & chất khí mà ở cả mặt tiếp xúc giữa chất lỏng & chất rắn (hiện tượng dính ướt); giữa 2 chất lỏng khác nhau tính chất khác nhau (nước & dầu) 
Sự dính ướt & không dính ướt 
a) Thí nghiệm: 
 Nhỏ 1 giọt nước lên thuỷ tinh sạch thì nước chảy lan ra trên mặt thuỷ tinh thành 1 lớp mỏng.Trái lại nhỏ 1 giọt nước trên lá sen thí giọt nước không chảy lan ra mà có dạng hình cầu hơi bẹp do tác dụng của trọng lực.Ta nói nước làm dính ướt thuỷ tinh & không làm dính ướt lá sen. 
b) Giải thích: 
 Sự dính ướt & không dính ướt là do sự khác nhau về lực tương tác giữa các phân tử chất rắn với các phân tử chất lỏng. 
 Khi lực hút giữa các phân tử chất rắn & các phân tử chất lỏng mạnh hơn lực hút giữa các phân tử chất lỏng với nhau thì có sự dính ướt. Ngược lại, thì xảy ra sự không dính ướt. 
 c) Ứng dụng : 
Dùng để giải thích nhiều hiện tượng tự nhiên & ứng dụng thực tế, ví dụ : tuyển quặng 
Hiện tượng mao dẫn 
 Lấy 1 ống thuỷ tinh hở 2 đầu có bán kính trong rất nhỏ,nhúng thẳng đứng vào 1 chậu nước.Đáng lẽ mực nước trong ống & chậu phải ngang nhau theo nguyên tắc bình thông nhau nhưng ta lại thấy mực nước trong ống cao hơn mực nước ở chậu. 
 HIỆN TƯỢNG MAO 
 DẪN 
 (sẽ tìm hiểu kĩ hơn ở bài sau)