Lý 10 Bài 37: Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng

- Những lực kéo căng bề mặt chất lỏng gọi là lực căng bề mặt của chất lỏng.

- Lực căng bề mặt tác dụng lên một đoạn đường nhỏ bất kì trên bề mặt chất lỏng luôn có phương vuông góc với đoạn đường này và tiếp tuyến với bề mặt chất lỏng, có chiều làm giảm diện tích bề mặt chất lỏng và có độ lớn f tỉ lệ thuận với độ dài l của đoạn đường đó.

- Ta có: f = σ.l

• Với: σ là hệ số căng bề mặt và đo bằng đơn vị niu tơn trên mét (N/m)
• Giá trị của σ phụ thuộc bản chất và nhiệt độ của chất lỏng: σ giảm khi nhiệt độ tăng.

* Ứng dụng:

• Nhờ có lực căng mặt ngoài nên nước mưa không thể lọt qua các lỗ nhỏ giữa các sợi vải căng trên ô dù hoặc trên các mui bạt ô tô.

• Hòa tan xà phòng vào nước sẽ làm giảm đáng kể lực căng mặt ngoài của nước nên nước xà phòng dễ thấm vào các sợi vải khi giặt.

• Một giọt nước trên chiếc lá nơi trọng lực tác dụng vào giọt nước rất nhỏ nên giọt nước có dạng hình cầu.

• Lực căng bề mặt của chất lỏng tạo ra một lớp màng mỏng ngăn chặn những vật có trọng lượng nhỏ như loài nhện nước có thể xuyên qua lớp màng mỏng đó ngập sâu vào trong nước, cũng nhờ thế mà nó có thể lướt đi nhẹ nhàng trên mặt nước

b) Giải thích

• Hiện tượng dính ướt: Khi lực hút giữa các phân tử chất rắn với các phân tử chất lỏng mạnh hơn giữa các phân tử chất lỏng với nhau.
• Hiện tượng không dính ướt: Khi lực hút giữa các phân tử chất rắn với các phân tử chất lỏng yếu hơn giữa các phân tử chất lỏng với nhau.

c) Ứng dụng: Hiện tượng mặt vật rắn bị dính ướt chất lỏng được ứng dụng để làm giàu quặng theo phương pháp “tuyển nổi”.

a) Thí nghiệm

- Nhúng các ống thuỷ tinh có đường kính trong nhỏ vào trong chất lỏng ta thấy:

• Nếu thành ống bị dính ướt, mức chất lỏng bên trong ống sẽ dâng cao hơn bề mặt chất lỏng ở ngoài ống và bề mặt chất lỏng trong ống có dạng mặt khum lỏm.

• Nếu thành ống không bị dính ướt, mức chất lỏng bên trong ống sẽ hạ thấp hơn bề mặt chất lỏng ở ngoài ống và bề mặt chất lỏng trong ống có dạng mặt khum lồi.

• Nếu có đường kính trong càng nhỏ, thì mức độ dâng cao hoặc hạ thấp của mức chất lỏng bên trong ống so với bề mặt chất lỏng ở bên ngoài ống càng lớn.

b. Hiện tượng mao dẫn

• Hiện tượng mức chất lỏng ở bên trong các ống có đường kính nhỏ luôn dâng cao hơn, hoặc hạ thấp hơn so với bề mặt chất lỏng ở bên ngoài ống gọi là hiện tượng mao dẫn.

• Các ống trong đó xẩy ra hiện tượng mao dẫn gọi là ống mao dẫn.

• Hệ số căng mặt ngoài \(\sigma\) càng lớn, đường kính trong của ống càng nhỏ thì mức chênh lệch chất lỏng trong ống và ngoài ống càng lớn.

c) Ứng dụng

• Các cây xanh dù to lớn, hay rất nhỏ đều có một bộ rễ cắm sâu vào trong lòng đất, các sợi rễ này giống như ống mao dẫn giúp vận chuyển chất lỏng cùng muối khoáng từ trong các mạch nước ngầm sâu trong lòng đất lên thân để nuôi sống cây.

• Bấc dầu là một loại vật liệu gồm nhiều sợi bông nhỏ đóng vai trò như một ống mao dẫn giúp dầu hỏa lên đến ngọn bấc để cháy.

• Hiện tượng mao dẫn xảy ra ở các vách tường trong nhà, nơi vách tường tiếp xúc nhiều với chất lỏng ẩm ướt ở nền nhà. Lâu ngày do hiện tượng mao dẫn, các chất lỏng dưới nền nhà dâng lên làm ẩm cả bức tường.

Mô tả hiện tượng dính ướt và hiện tượng không dính ướt chất lỏng. Bề mặt của chất lỏng ở sát thành bình có dạng như thế nào khi thành bình bị dính ướt?

Hướng dẫn giải

Hiện tượng dính ướt và hiện tượng không dính ướt chất lỏng:

Lấy một tấm thủy tinh và một lá môn (hoặc kính bọc ni long). Nhỏ lên bề mặt vài giọt nước. 

Nếu trên bề mặt nào giọt nước lan rộng ra thành một lớp mỏng thì ta nói là bị dính ướt nước.

Nếu trên bề mặt nào giọt nước co tròn lại và bị dẹt xuống do tác dụng của trọng lực thì ta nói bề mặt đó không dính ướt.

Bề mặt của chất lỏng ở sát thành bình bị cong lên cao hơn mặt thoáng của chất lỏng khi thành bình bị dính ướt.

Hoặc ta có thể nói:  Bề mặt chất lỏng ở sát thành bình chứa nó có dạng mặt khum lỏm khi thành bình bị dính ướt và có dạng mặt khum lồi khi thành bình không bị dính ướt.

Một vòng xuyến có đường kính ngoài là 44mm và đường kính trong là 40mm. Trọng lượng của vòng xuyến là 45mN. Lực bứt vòng xuyến này ra khỏi bề mặt của glixerin ở 20^oC là 64,3 mN. Tính hệ số căng bề mặt của glixerin ở nhiệt độ này.

Hướng dẫn giải

Lực căng bề mặt của glixerin tác dụng lên vòng xuyến:

\(F_C = F - P = 62,5 - 45 = 17,5 mN\)

Tổng chu vi ngoài và chu vi trong của vòng xuyến:

\(P = \pi (D+d) = 3,14 ( 44 + 40 ) = 263, 76mm\)

Hệ số căng mặt ngoài của glixerin ở 20⁰ C:

\(\delta =\frac{F_{c}}{l}=\) \(\frac{17,5.10^{-3}}{263,76.10^{-3}} = 66,3.10^{-3} N/m.\)

Vậy, hệ số căng mặt ngoài của glixerin ở 20⁰ C: \(\delta = 66,3.10^{-3} N/m.\)

Câu 1: Tại sao giọt dầu lại có dạng khối cầu nằm lơ lửng trong dung dịch rượu có cùng khối lượng riêng với nó?

Câu 2: Một ống thủy tinh thẳng dài, có tiết diện nhỏ, bên trong chứa nước. Biết nước dính ướt thủy tinh. Dựng ống sao cho ống lệch so với phương thẳng đứng góc 10^o. Mặt thoáng của nước bên trong ống có dạng gì?

Câu 3: Một khối gỗ hình trụ có khối lượng 20 g đặt nổi trên mặt nước, trục của khối gỗ nằm thẳng đứng. Đường kính tiết diện của khối gỗ d =10 mm; nước dings ướt hoàn toàn gỗ. Cho khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m³ và hệ số căng bề mặt của nước là 0,072 N/m; lấy g = 9,8 m/s². Độ ngập của khối gỗ trong nước là bao nhiêu?

Câu 4: Một chiếc vòng nhôm có trọng lượng P = 62,8.10^-3N đặt thẳng đứng sao cho đáy của nó tiếp xúc với mặt nước. Cho đường kính trong và đường kính ngoài của vòng nhôm lần lượt là 46 mm và 48 mm; hệ số căng bề mặt của nước là 72.10^-3N/m. Kéo vòng nhôm bằng một lực F thẳng đứng lên trên, để kéo được vòng nhôm rời khỏi mặt nước thì độ lớn của lực F phải lớn hơn giá trị nhỏ nhất là bao nhiêu?

Câu 5: Một lượng nước ở trong ống nhỏ giọt ở 20^oC chảy qua miệng ống tạo thành 49 giọt. Cũng lượng nước và ống nhỏ giọt trên nhưng ở 40^oC, nước chảy qua miệng ống được 51 giọt. Bỏ rqua sự dãn nở vì nhiệt; hệ số căng mặt ngoài của nước ở 20^oC là 72.10^-3N/m. Hệ số căng bề mặt của nước ở 40^oC là bao nhiêu?

Câu 1: Một ống nhỏ giọt đựng thẳng đứng bên trong đựng nước. Nước dính ướt hoàn toàn miệng ống và đường kính miệng dưới của ống là 0,45 mm. Hệ số căng bề mặt của nước là 72.10^-3N/m. Trọng lượng lớn nhất của giọt nước khi rơi khỏi miệng ống gần đúng là

A. 0,10 mN.

B. 0,15 mN.

C. 0,20 mN.

D. 0,25 mN.

Câu 2: Một màng xà phòng được căng trên một khung dây đồng hình vuông có chu vi là 320 mm. Cho hệ số căng bề mặt của nước xà phòng là 40.10^-3N/m. Lực căng bề mặt tác dụng lên mỗi cạnh khung dây có độ lớn là

A. 4,5 mN.

B. 3,5 mN.

C. 3,2 mN.

D. 6,4 mN.

Câu 3: Một chiếc vòng nhôm có bề dày không đáng kể, có đường kính 20 cm được treo bởi một lực kế sao cho đáy vòng nhôm tiếp xúc với mặt nước. Cho hệ số lực căng bởi bề mặt của nước là 73.10^-3N/m. Lực căng bề mặt tác dụng lên vòng nhôm có độ lớn gần đúng bằng

A. 0,055 N.

B. 0,0045 N.

C. 0,090 N.

D. 0,040 N.

Câu 4: Hệ số căng bề mặt chất lỏng không có đặc điểm

A. tăng lên khi nhiệt độ tăng.

B. phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng.

C. có đơn vị đo là N/m.

D. giảm khi nhiệt độ tăng.

Câu 5: Lực căng bề mặt tác dụng lên một đoạn đường nhỏ bất kì trên bề măt của chất lỏng không có đặc điểm

A. có chiều làm giảm diện tích bề mặt chất lỏng.

B. vuông góc với đoạn đường đó.

C. có độ lớn tỉ lệ với độ dài đoạn đường.

D. có phương vuông góc với bề mặt chất lỏng.

Qua bài giảng Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Mô tả được thí nghiệm về hiện tượng căng bề mặt và nêu được ý nghĩa, đơn vị đo của hệ số căng bề mặt.

• Mô tả được thí nghiệm về hiện tượng dính ướt và hiện tượng không dính ướt.

• Mô tả được thí nghiệm về hiện tượng mao dẫn.

• Vận dụng được công thức tính lực căng bề mặt để giải các bài tập.

• Vận dụng được công thức tính độ chênh của mức chất lỏng bên trong ống mao dẫn so với bề mặt chất lỏng bên ngoài ống để giải các bài tập đã cho trong bài.