ТРИЗ-задание 30. «Свёртывание» лабораторной установки
Используя учебники и Интернет, рассмотрите разные методы измерения коэффициента поверхностного натяжения. Так, например, в одной из учебных лабораторных работ для измерения поверхностного натяжения методом отрыва проволочной петли используется проволочная рамка (в виде буквы «П»), которую из воды вытаскивают миллидинамометром. В ТРИЗ существует закон развёртывания-свёртывания технической системы. Используя этот закон, упростите эту измерительную лабораторную установку, а точнее – сверните установку в рабочий орган (в элемент, выполняющий основную функцию при измерении поверхностного натяжения). При этом упростится как само оборудование, так и измерительные приборы. 19. Условия равновесия на границах различных сред
Если Если
Выражение (84) определяет условие равновесия плавающей капли. Углы Q1 и Q2 называются краевыми углами. При Q = 0 наступает полное смачивание, например, бензин или керосин на воде растекаются тонким слоем с радужной окраской, что объясняется интерференцией света. Кроме сил поверхностного натяжения на каплю действуют сила гидростатического давления на поверхность S12, сила тяжести, сила Архимеда. Однако на границе раздела нескольких веществ этими силами можно пренебречь, так как силы поверхностного натяжения значительно сильнее. Аналогично ведет себя капля жидкости на поверхности твёрдого тела (рис. 48). Форма капли определяется силой тяжести и силой поверхностного натяжения. Условие равновесия капли в проекции на ось Х можно записать следующим образом:
Отсюда найдем краевой угол Q при равновесии капли:
Если (s13 – s12)/s23 > 1 или s13 > s12 + s23, то это означает, что сила F13 больше суммы двух других сил, и жидкость тонким слоем растекается по твёрдому телу (Q = 0). Это полное смачивание. Примеры: 1) вода на чистом стекле (проверка чистоты лабораторной посуды); 2) керосин на поверхности жести или стекла; 3) ртуть на химически чистой поверхности металла. Если (s13 – s12)/s23 < – 1 или s12 > s13 + s23, то жидкость стягивается в каплю, несколько приплюснутую силой тяжести (рис. 49). Это полное несмачивание. Примеры: 1) вода на парафине; 2) ртуть на стекле. В большинстве случаев имеет место частичное смачивание, когда краевой угол Q – острый (рис. 50), или частичное несмачивание, когда краевой угол Q - тупой (рис. 51). При несмачивании силы притяжения между молекулами самой жидкости больше, чем между молекулами жидкости и твёрдого тела, а при смачивании – наоборот.
При плавании тел из-за эффекта смачивания возникает дополнительная сила, которая либо увеличивает подъёмную силу, либо уменьшает её (рис. 53). Например, могут плавать фольга, иголка или лезвие бритвы.
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|