Явления смачивания

15. Почему спички плавающие на воде вблизи друг к другу, притягиваются (притягиваются так же к смачиваемой стенке)? Как будут взаимодействовать спички, если их предварительно окунуть в расплавленный парафин?

16. [ Экспериментальное задание ]. Спичка, брошенная в стакан с водой или в чашку рано или поздно прилипает к стенке. Как не прикасаясь к спичке и не обрабатывая ее никакими составами добиться, чтобы она устойчиво оказывалась бы в центре стакана?

17. Почему давление насыщенных паров выше над выпуклой поверхностью жидкости, чем над плоской?

18. Почему давление насыщенных паров ниже над вогнутой поверхностью жидкости, чем над плоской?

19. Для чего зерна, изготовленные из силикагеля, укладывают в упаковки с приборами при их транспортировке?

20. Чем отличаются графики зависимости давления насыщенных паров от высоты столба в капиллярной трубке, опущенной одним концом
а) в воду;
б) в ртуть?

21. Силы сцепления молекул жидкости между собой больше сил сцепления между молекулами жидкости и твердого тела, с которым жидкость соприкасается. Что больше коэффициент поверхностного натяжения свободной поверхности жидкости или границы раздела жидкость – твердое тело?

22. Силы сцепления молекул жидкости между собой равны силам сцепления молекул жидкости с молекулами твердого тела. Чему равен коэффициент поверхностного натяжения границы раздела жидкость – твердое тело?

23. Что такое краевой угол?

24. Какие значения принимает краевой угол при несмачивании жидкостью твердого тела; смачивании; полном смачивании?

25. Будет ли жидкость подниматься или опускаться по капилляру, если краевой угол равен 90°?

26. В чем состоит принцип флотационного обогащения руд?

27. Почему при мытье водой с мылом происходит более эффективное отделение загрязнений, чем без мыла?

Задача 21.[ С.4.5.20 ] Оцените, сколько воды можно унести в решете. Площадь решета и его ячейки равны 0,1 м2 и 1 мм2. Решето водой не смачивается.

Задача 22.[ С.4.5.13 ] а) Определите толщину слоя жидкости, разлитой на горизонтальной плоскости. Краевой угол q, плотность жидкости r, поверхностное натяжение s.
б) Какую толщину будет иметь слой воды разлитой на парафине (парафин не смачивается водой)?

Решение.

а) Предположим, что лужа жидкости настолько широка, что радиус кривизны границы лужи можно положить равным бесконечности.

Рассмотрим боковую поверхность лужи, препятствующую бесконечному растеканию лужи. На боковую поверхность лужи действуют силы натяжения и , направленные под углом друг к другу, и сила давления столба жидкости неизвестной высоты x. Сила давления столба стремиться расширить лужу. На единицу длины границы лужи силы натяжения равны коэффициентам поверхностного натяжения, а сила давления столба жидкости равна

. (1)

При равновесии сумма горизонтальных проекций сил натяжения и силы давления столба жидкости должна равняться нулю, т. е.

(2)

Отсюда находим (3)

б) Вода не смачивает парафин, значит q=p. В этом случае

Задача 23.[ С.4.5.21 ] Два легких тела, оба смачиваемые или оба несмачиваемые водой притягиваются друг к другу. Если же одно тело смачивается, а другое нет, то тела отталкиваются. Объясните это явление.

Задача 24.[С.4.5.18] Сумма сил, действующих на выделенный на рисунке 99 штриховой линией объем жидкости, равна нулю. Пользуясь этим, определите высоту, на которую жидкость поднимется по вертикальной стенке. Краевой угол q, поверхностное натяжение и плотность жидкости s и r. На какую высоту поднимется вода по вертикальной стенке, которую она полностью смачивает?

Задача 25. Две полностью смачиваемые водой стеклянные пластинки прижали друг к другу так, что их плоскости составляют малый угол a. В зазор между пластинками поднялась вода, создавая некоторый профиль свободной поверхности y(x). Найдите функцию y(x).

Задача 26.[C.4.5.27] Оцените на каком расстоянии от крана, радиус струи воды уменьшается в полтора раза. Скорость выходящей из крана воды 0,3 м/с, начальный радиус струи 2 мм [воспользуйтесь законом Бернулли для струи жидкости, включив в него дополнительное слагаемое, связанное с давлением поверхности струи].

Задача 27.[C.4.6.10] В капилляре, опущенном вертикально в воду на глубину L, вода поднялась на высоту h. Нижний конец капилляра закрыли и вынули из воды (рис. 101) и вновь открыли. Чему равна длина столба воды, оставшейся в капилляре?

Задача 28.[ C.4.5.11] Большая и тонкая пластина не тонет, если ее осторожно положить на поверхность воды. Определите максимальное значение массы единицы площади пластины. Пластина водой не смачивается.

Задача 29. При какой температуре закипит дистиллированная вода в хорошо отполированной колбе, если максимальный радиус кривизны микрошероховатостей поверхности стенки колбы равен 1 мкм? Удельная теплота парообразования воды при 100°С равна L=2,27×106Дж/кг.

Задача 30. В пробирку наливают воду, сверху наливают толуол (C7H8). Жидкости не смешиваются. Температура кипения воды равна 100°С, а температура кипения толуола – 111°С. Пробирку помещают в водяную баню и нагревают воду в бане. При достижении температуры бани 95°С смесь начинает кипеть. Причем кипение происходит на границе раздела вода-толуол. Объясните это явление.

Вопрос 31. Больше, меньше или равно давлению насыщенного пара над плоской поверхностью давление над вогнутой поверхностью жидкости? Почему?

Задача 32. [ C 5.10.27 ] а) Во сколько раз давление насыщенного пара над поверхностью жидкости, поднявшейся по капилляру на высоту h, меньше давления насыщенного пара над плоской поверхностью? Молярная масса жидкости m, температура Т. Определить это же отношение через радиус кривизны поверхности жидкости r, поверхностное натяжение s и плотность жидкости rж.
б) В закрытом сосуде в равновесии при комнатной температуре находятся две капли воды радиуса соответственно r1=1 мм и r2=1,1 мм. Как отличаются высоты, на которых находятся капли?

глава 13. Механические и тепловые свойства
твердых тел