Физика (стр. 19 )

4. Для каждого измерения вычислите . Результаты измерений и вычислений представьте в виде табл. 1.

Таблица 1

t,°С
h, см

5. По данным таблицы постройте на миллиметровке график функции от времени и аппроксимируйте его прямой линией.

6. По графику найдите численное значение углового коэффициента и по формуле (9) – коэффициент вязкости воздуха, используя следующие величины: диаметр капилляра − d = 0.46·10-3 м; длина капилляра − l = 94·10-3 м; сечение трубки − S = 1.95·10-4 м2; плотность воды − 1·103 кг/м3; скорение свободного падения − g = 9.81 м/с2.

Определение длины свободного пробега молекул

Зная коэффициент вязкости воздуха и измерив атмосферное давление барометром, а температуру – термометром, по формуле (14) вычислите среднюю длину свободного пробега молекул воздуха в системе СИ. Молярная масса воздуха

.

Определение эффективного диаметра молекул

По формуле (18) рассчитайте, воспользовавшись предыдущими результатами, эффективный диаметр молекул воздуха, при этом учитывая, что

.

Контрольные вопросы и задания

1. Дайте определение коэффициента динамической вязкости. Каков его физический смысл? В каких единицах он измеряется?

2. В чем состоит физический смысл понятия «градиент скорости»?

3. Какова природа внутреннего трения в газах?

4. От чего зависит коэффициент вязкости?

5. Покажите, что для газов ~.

6. Выведите формулу силы внутреннего трения.

7. Что называется длиной свободного пробега молекул газа?

8. Как средняя длина свободного пробега молекул зависит от давления газа?

Работа № 5. Определение коэффициента поверхностного натяжения
методом отрыва кольца

Цель: экспериментально определить коэффициент поверхностного натяжения простым способом – методом отрыва кольца.

Оборудование: технические весы с разновесом, штангенциркуль, металлические кольца, кювета с исследуемой жидкостью, песок.

Теоретические основы метода и описание экспериментальной
установки

Сущность метода состоит в том, что измеряются силы, которые необходимо приложить, чтобы оторвать тонкое металлическое кольцо от поверхности жидкости.

Внешний вид установки дан на рис. 1. Она представляет собой штатив, на котором укреплены весы В и неподвижный столик для кюветы с исследуемой жидкостью Д. На левой чашке весов укреплен крючок К для подвешивания колец разного диаметра. Конструкция столика позволяет перемещать его и закреплять его на разной высоте с помощью зажима С и, кроме того, плавно менять высоту с помощью винта А. Если подвести кювету под кольцо, так чтобы кольцо нижним основанием касалось поверхности жидкости, то кольцо как бы прилипнет. Для отрыва кольца от поверхности жидкости надо приложить силу F. Отрыв (а точнее разрыв поверхности жидкости) происходит по двум окружностям, диаметры которых D и d равны внешнему и внутреннему диаметрам кольца (рис. 2).

Рис. 1

Рис. 2

Общая длина линии разрыва

. (1)

Обозначая толщину стенок кольца через h, имеем:

. (2)

Подставив выражение (2) в (1) вместо d, находим:

. (3)

Коэффициент поверхностного натяжения численно равен силе, действующей на единицу длины произвольной линии l:

. (4)

Тогда на основании выражения (4) получаем расчетную формулу для определения :

. (5)

Измерения и обработка результатов

1. Измерьте штангенциркулем внешний диаметр D и толщину h кольца.

2. Подвесьте кольцо к левой чашке весов, как показано на рис. 1. Уравновесьте весы с помощью песка.

3. Опустив зажим С, поднесите чашку с жидкостью к кольцу до его соприкосновения с поверхностью жидкости. Закрепите зажим С. Затем, плавно вращая винт А, опустите немного чашку с жидкостью так, чтобы весы вышли из состояния равновесия, и это было бы заметно глазом. Кольцо при этом должно удерживаться в воде силами поверхностного натяжения.

4. Осторожно насыпьте на вторую чашку весов столько песка, чтобы кольцо вышло из жидкости, преодолев силу поверхностного натяжения.

5. Отодвиньте столик в сторону. Осушите кольцо фильтровальной бумагой и уравновесьте весы с помощью гирь. Их вес, очевидно, равен силе поверхностного натяжения F.

6. Вычислите коэффициент по формуле (5). Опыт произведите 3–5 раз.

7. Результаты измерений и вычислений занесите в табл. 1. Если колец несколько, то в таблицу следует добавить соответствующие колонки для записи данных, и усреднения результатов следует производить для всех колец.

Таблица 1

№ опыта	D, м	h, м	F, H	, Н/м	, Н/м

8. Запишите окончательный результат в виде формулы:

, Н/м,

где − среднее значение для всех опытов, а − средняя абсолютная погрешность измерений .

Контрольные вопросы и задания

1. Какова природа сил поверхностного натяжения?

2. Дайте несколько определений коэффициента поверхностного натяжения (КПН). Покажите, что они эквивалентны.

3. В каких единицах измеряется КПН? Каков его физический смысл?

4. Какое направление имеют силы поверхностного натяжения? Проиллюстрируйте свой ответ.

5. Чем объясняется тот факт, что при отсутствии внешних сил жидкость принимает форму шара?

6. Почему большая капля жидкости, лежащая на несмачиваемой поверхности, сплющивается сильнее, чем маленькая (при (пр ему большая капля жидкости, лежащая на несмачиваемой поверхности, сплющивается сильнее, чем маленькая (при наличии сил притяжения Земли)?

7. На сколько градусов нагреется капля воды, которая получилась от слияния пяти исходных капель радиусом по 1 см каждая (это происходит в условиях невесомости)?

8. В чем заключается опыт Плато?

9. Объясните, почему смазанная жиром иголка может удерживаться на поверхности воды? При объяснении исходите из энергетических соображений.

10. Выведите расчетную формулу (5).

3.3. Электричество и магнетизм

Работа № 1. Работа с электроизмерительными приборами

Цели: 1) ознакомиться с различными приборами; 2) расширить пределы измерения амперметра и вольтметра.

Оборудование: амперметры, вольтметры, ваттметры, реостаты, магазин сопротивлений, реохорд, трансформатор.

Задание 1. Изучение устройства, работы, обозначений и параметров электроизмерительных приборов различных систем (литература [17–19]).

Для этого необходимо знать смысл следующих параметров и уметь их определять по прибору: предел измерения, цена деления, класс точности, абсолютная погрешность измерения.

Задание 2. Расширение пределов измерения амперметра.

Для измерения амперметром токов большей величины, чем его предел измерения, к амперметру подключают параллельно сопротивление малой величины – шунт. При этом ток, идущий через амперметр, уменьшается в n раз, а предел измерения у прибора с шунтом увеличивается в n раз.

. (1)

Величину n можно найти, зная сопротивление шунтируемого амперметра и сопротивление шунта :