5. Почему следует добиваться медленного падения капель? При вытекании жидкости из капиллярной трубки размер капли растет постепенно.
Как найти массу всех капель
В этой статье мы рассмотрим, почему медленное падение капель имеет особое значение и какие преимущества оно может принести. Одной из основных причин, почему следует добиваться медленного падения капель физика, является закон сохранения энергии. hd00:32Замедленная съемка капли воды с высокоскоростной камерой. был разработан и построен в университете Бата студентами Кармен Ченг и Мэтью Гай, что бы продемонстрировать самодвижения капель Лейде.
Еще от этого автора
- Медленное падение капель: почему это так важно и как добиться
- Почему нужно стремиться к плавному спуску капель — основы физики и важность для практических целей
- Почему добиваться медленного падения капель из шприца важно -
- Почему следует добиваться медленного падения капель из шприца -
- Влияние медленного падения капель на здоровье: почему это важно
- Почему стоит стремиться к постепенному падению капель
Исследование явления поверхностного натяжения жидкостей
Первая капля упала вниз примерно через восемь лет. Следующая — в 1947 году. А через год скоропостижно скончался и сам экспериментатор. Однако ему все же удалось доказать свою гипотезу, согласно которой смола в 230 миллиардов раз толще воды. Опыты продолжаются Несмотря на то, что Томасу Парнеллу все же удалось доказать свою гипотезу, на этом опыт не прекратился. Исследователи продолжили его дело и наблюдения за падением смоляной субстанции.
Для отрыва проволочного кольца радиусом R от пов-сти жидкости требуется сила 2. Сталагмометрический, или метод счета капель.
Метод основан на определении объема капли, вытекающей из капилляра с известным радиусом Рис. Схема простейшего сталагмометра На рис. Сталагмометр заполняют жидкостью, затем позволяют мениску очень медленно перемещаться по капилляру, перекрывая частично доступ воздуха в капилляр А с помощью резиновой трубки и зажима таким образом, чтобы каждая капля образовывалась за время не менее 4 с. После падения первой капли проводится отсчет деления, соответствующего верхнему мениску a в капилляре А n делений от метки a. Скорость последующего образование капель также контролируют и устанавливают время образования капли не менее 4—5 с. После достижения мениском метки, например e в нижнем капилляре C m делений от метки d , определяют объем одной капли при числе подсчитанных вытекших из сталагмометра капель N : ур-ние Тейта , где G-общий вес n капель, оторвавшихся под действием силы тяжести от среза капиллярной трубки радиусом r. Для повышения точности правую часть умножают на поправочный коэф.
К недостаткам сталагмометрического метода можно отнести возможность испарения жидкости с поверхности капель при их длительном образовании и необходимость введения поправочных коэффициентов для точного определения поверхностного натяжения.
Наберите в шприц 1 мл воды. Подставьте под шприц сосуд для сбора воды и, плавно нажимая на поршень шприца, добейтесь медленного отрывания капель. Подсчитайте количество капель в 1 мл и результат запишите в таблицу. Сравните полученный результат с табличным значением поверхностного натяжения с учетом температуры. Определите относительную погрешность методом оценки результатов измерений.
Результат запишите в таблицу. Сделайте вывод. Отчет должен содержать: 1. Таблицу с результатами расчетов; 2.
Но нам со школы известно, как колеблется грузик на пружинке — он осциллирует туда-сюда по синусу с периодом При этом известно, что период таких колебаний они называются гармоническими не зависит от амплитуды. В нашей задаче расплющивание и отскок капли — это полпериода такого колебания см. Отсюда получаем окончательную оценку: В последней формуле мы выразили массу капли через ее начальный радиус и плотность воды. Численный коэффициент в последнем выражении очень близок к единице, им можно пренебречь и оставить в качестве ответа только выделенную красным часть формулы.
Получается, что время отскока выражается только через плотность и поверхностное натяжение воды, через размер капли, но не зависит от скорости падения u. Послесловие В этой задаче есть несколько поучительных моментов. Во-первых, сам по себе метод решения через проведение математических аналогий немножко необычен, но он довольно часто используется в современной физике. Так уж получилось в нашем мире, что физических систем огромное множество, а уравнений, описывающих их движение, намного меньше. Поэтому часто бывает так, что системы, визуально непохожие друг на друга, ведут себя однотипным образом. Поиск таких математических аналогий — сильный метод решения некоторых сложных задач. Такие колебания тоже гармонические, и их период тоже не зависит от амплитуды, но только справедливо это лишь для слабых деформаций капли. То, что аналогичный закон возник и при сильной деформации, — вещь не универсальная, это большая удача для нашей задачи.
Ответ в том, что в этой задаче существует безразмерный параметр: Этот параметр называется числом Вебера. Оно возникает во всех задачах, где имеется движение или столкновение капель жидкости, и характеризует собой отношение лобового давления жидкости к давлению внутри капли из-за поверхностного натяжения. Так вот, мы, конечно, могли бы сразу записать искомый ответ таким образом: где f — какая-то функция от числа Вебера. Проблема только в том, что без решения задачи мы бы все равно не узнали, какую функцию тут выбрать. Решение показало, что для сформулированных условий задачи эта функция — квадратный корень. Кстати, наше условие, что деформация капли при столкновении сильная, тоже можно сформулировать с помощью числа Вебера: оно просто должно быть существенно больше единицы. Они являются основой теории подобия — универсального метода анализа таких задач. Мы уже встречались с другими безразмерными числами в задаче Фильм-катастрофа и теория подобия.
Чтобы всё это не казалось отвлеченной теорией, приведем некоторые экспериментальные результаты. Результаты показаны на рис.
Видеоразбор задания PISA "Скорость падения капель"
Оцените время отскока капли (то есть время контакта капли с поверхностью) в зависимости от ее радиуса и скорости ее падения. Мать оставила сына с отцом. Слабость и упадок сил причины у мужчины. Первая капля из воронки упала в конце 1938-го года. Жалоба — медленно пишет, наверное, плохо соображает. Итак, медленное падение капель объясняется физическими причинами, такими как сила сопротивления воздуха, гравитация и поверхностное натяжение. Из этих законов следует, что медленное падение капель является более предпочтительным по нескольким причинам.
Лабораторная работа №3
Важность медленного падения капель — почему этот процесс необходим и полезен | Почему следует добиваться медленного падения капель Элементы кинематики и динамики. |
Отскочившая капля • Игорь Иванов • Научно-популярные задачи на «Элементах» • Физика | * 6. Почему в варианте I: а) рекомендуется проводить измерения для возможно большего числа капель? б) следует добиваться медленного падения капель? |
определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости лабораторная работа по физике | Изменится ли результат вычисления, если диаметр капель трубки будет меньше? Почему следует добиваться медленного падения капель? |
Лабораторная работа №3 — Студопедия | В этой статье мы рассмотрим, почему медленное падение капель имеет особое значение и какие преимущества оно может принести. |
Самый медленный эксперимент в мире засняли на видео. Metro | Почему следует добиваться медленного падения капель. Быстрое падение капель также может привести к разбрызгиванию, создавая опасность для окружающих. |
Зачем добиваться медленного падения капель из шприца
- Почему добиваться медленного падения капель из шприца важно
- Декор и стиль
- Исследование явления поверхностного натяжения жидкостей
- определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости лабораторная работа по физике
- Важность контроля скорости падения капель
- Топ 3 самых длительных эксперимента | Пикабу
Исследование явления поверхностного натяжения жидкостей
Почему следует добиваться медленного падения капель из шприца - | Энергосбережение: снижение капель позволяет сократить использование энергии, поскольку меньше энергии требуется для передвижения капель. |
Медленное падение капель: почему это так важно и как добиться | 3. Плавно открывая кран, добиться медленного отрывания капель (капли должны падать друг за другом через 1-2 с). |
Методические рекомендации. | В целом, добиваться медленного падения капель может быть полезным во многих ситуациях, от производства до экспериментов в лаборатории. |
Почему следует добиваться медленного падения капель кратко
Полгода в отношениях: самое время выяснить жизненные цели партнера Как проходил опыт физика? Для начала Парнелл расплавил смолу, дабы воссоздать субстанцию в ее первоначальном жидком состоянии. Добившись нужной консистенции, физик вылил ее в подходящий конусный стакан. Затем он стал ждать, пока смола уляжется и примет форму используемого сосуда. Этот процесс занял ровно три года. На следующем этапе он убрал кончик сосуда, тем самым превратив его в небольшую прозрачную воронку.
Медленное падение капель дождя позволяет равномерно распределить влагу и уменьшить риск повреждений краски и металла. Кроме того, медленное падение капель важно для защиты растений. Быстрое и сильное падение капель дождя может повредить нежные листья и стебли. Медленное падение капель позволяет влаге проникать в почву равномерно и избежать повреждений растений. Преимущества медленного падения капель Снижение риска образования трещин на стекле Предотвращение повреждений автомобильной краски Защита растений от повреждений Уменьшение рисков Медленное падение капель имеет ряд преимуществ перед быстрым падением. Одно из главных преимуществ заключается в уменьшении риска возникновения несчастного случая или повреждения. Медленное падение капель создает меньше возмущений в окружающей среде, чем быстрое падение, что уменьшает вероятность возникновения реакции взрыва или распыления опасных веществ. При медленном падении капель удается точнее контролировать их траекторию и место приземления, что снижает риск наступления непредвиденных последствий для окружающих объектов или людей.
Медленное падение капель обеспечивает больше времени для реагирования и принятия мер предосторожности при обнаружении проблемы или аварии. Все эти факторы значительно уменьшают вероятность возникновения серьезных последствий и способствуют безопасности процессов, где присутствует падение капель с определенной высоты. Технические преимущества Медленное падение капель играет важную роль в различных технических процессах и системах: Биологические исследования: особенно важно для изучения поведения клеток и биологических образцов, так как позволяет избегать физических повреждений и изменений образца при контакте с твердой поверхностью. Фармацевтическая промышленность: контролируемое падение капель используется для точной дозировки лекарственных препаратов и смешивания компонентов, что повышает эффективность процесса и минимизирует потери. Микроэлектроника: медленное падение капель позволяет точно наносить микроскопические слои материалов на субстраты и создавать микрочипы высокой плотности, обеспечивая надежное функционирование и долговечность электронных устройств. Производство пищевых продуктов: при создании определенных типов пищевых продуктов, таких как шоколадные конфеты или карамель, необходимо контролировать падение капель для получения желаемой формы и текстуры продукта.
Это значит, что они падают более медленно и риск разбрызгивания снижается. Этот фактор влияет на эффективность медленного падения капель. Гравитация: Сила притяжения Земли также способствует медленному падению капель. Притяжение гравитации тянет каплю вниз, обеспечивая более предсказуемое движение и уменьшая возможность разбрызгивания. Все эти факторы и их взаимодействие играют ключевую роль в эффективности медленного падения капель и минимизации риска разбрызгивания. Создание равномерного распределения влаги Почему медленное падение капель эффективно? Одна из причин заключается в том, что это способствует созданию равномерного распределения влаги. Когда капли падают на почву медленно, они имеют больше времени и возможности проникнуть вглубь земли. Это позволяет влаге достичь корневой зоны растений более эффективно и обеспечивает равномерное распределение влаги в почве. Равномерное распределение влаги играет важную роль в росте и развитии растений. Когда влага равномерно распределена, корни растений могут получать достаточное количество влаги и питательных веществ для своего нормального функционирования. Кроме того, равномерное распределение влаги помогает предотвратить высыхание и утечку влаги из почвы. Это особенно важно во время засухи или сухого сезона, когда растения испытывают высокий стресс из-за недостатка влаги. Таким образом, медленное падение капель способствует созданию равномерного распределения влаги, что является одним из важных факторов для здорового роста и развития растений. Повышение эффективности увлажнения Капля, падая медленно, может эффективно увлажнить поверхность, на которую она падает. Это связано с несколькими факторами. Во-первых, медленное падение капли позволяет ей дольше контактировать с поверхностью. Это значит, что больше влаги передается с поверхности капли, что стимулирует более эффективное увлажнение. Если бы капля падала быстро, она просто отскочила бы от поверхности без передачи влаги.
Ведь капле требуется некоторое время для того, чтобы расплющиться, а потом собраться, и это время может быть заметно больше величины t. Выходит, для решения задачи придется представить себе динамику процесса расплющивания и сжатия. Процесс этот, конечно, непростой. Но в этой задаче не требуется получать какой-то точный результат; достаточно вывести правильные зависимости от всех входящих величин, а численными коэффициентами порядка двойки можно пренебречь. Кроме этого надо воспользоваться тем фактом, что расплющивание очень существенное, минимальная толщина блинчика существенно меньше диаметра исходной капли, а также тем, что сам блинчик все время остается круглым. Поверхностное натяжение стремится уменьшить площадь поверхности а значит, и энергию капли. Именно поэтому капли в свободном состоянии практически круглые — так минимизируется площадь поверхности при неизменном объеме. Таким образом, мы получаем дополнительную потенциальную энергию в зависимости от степени расплющенности. Далее, расплющенность и сжатие сопровождаются движением воды — только уже не вертикальным, а преимущественно горизонтальным. Отсюда можно получить кинетическую энергию в зависимости от степени расплющенности. И последний шаг. Полученные выражения для кинетической и потенциальной энергии будут очень похожи на одну известную механическую систему. Эта система совершенно непохожа на растекающуюся каплю, однако если уравнения получаются такого же типа, то значит, и поведение систем будет аналогичным мы уже встречали такой пример в задаче Движение стержня. Отсюда уже можно получить искомую оценку. Решение Рис. Поскольку по условиям задачи деформация сильная, можно считать, что почти весь процесс расплющивания и собирания капли происходит в таком режиме. В качестве меры расплющивания можно взять как R, так и d; они связаны друг с другом с помощью этой формулы. Мы возьмем R. Таким образом, процесс отскока капли описывается так: величина R сначала вырастает от r до какого-то максимального значения, а потом возвращается обратно рис. Расплывание капли, упавшей на сверхгидрофобную поверхность Найдем теперь потенциальную за счет поверхностного натяжения и кинетическую энергию капли. Что касается кинетической энергии, то она возникает из энергии течения воды в расплющенной капле рис. Поскольку толщина капли мала, то можно пренебречь вертикальным перемещением воды и учесть только горизонтальное движение, которое и обеспечивает увеличение радиуса водного блинчика.
Почему следует добиваться медленного падения капель кратко
Эксперимент с падением капли мог бы остаться в безвестности, если бы не Джон Мейнстоун, который поступил на физический факультет Квинслендского университета в 1961 году. Правда, «падение» это пока относительно, поскольку, хотя капля коснулась смолы, скопившейся на дне сосуда, однако от носика воронки она пока не отделилась. Суть самого медленного эксперимента в истории науки (он даже занесён в "Книгу рекордов Гиннесса") заключалась в том, чтобы проследить за падением капель сверхвязкой битумной жидкости. Одна из основных причин, почему медленное падение капель важно, заключается в том, что оно позволяет более детально изучать и анализировать процессы, происходящие при падении.
Почему следует добиваться медленного падения капель кратко
Почему следует добиваться медленного падения капель для достижения желаемого эффекта | Как ни странно, но сам долгожданный момент падения капель пека в лаборатории Квинслендского университета ни Томасу Парнеллу, ни Джону Мэйнстону увидеть так и не удалось. |
Способ определения коэффициента поверхностного натяжения | 16. Почему в методе отрыва капель: а) рекомендуется проводить измерения для возможно большего числа капель? б) следует добиваться медленного падения капель? |
Методические рекомендации. | Изменится ли результат вычисления, если диаметр капель трубки будет меньше? Почему следует добиваться медленного падения капель? |