Кольцо с внутренним диаметром 25 мм и внешним диаметром 26 мм подвешено на пружине жесткостью 1 Н/м и соприкасается с поверхностью жидкости. При опускании поверхности жидкости кольцо оторвалось от нее в момент, когда пружина растянулась на 10 мм. Найдите коэффициент поверхностного натяжения жидкости. Масса кольца 470 мг.
от

1 Ответ

Дано:
- Внутренний диаметр кольца d1 = 25 мм = 0.025 м
- Внешний диаметр кольца d2 = 26 мм = 0.026 м
- Жесткость пружины k = 1 Н/м
- Растяжение пружины x = 10 мм = 0.010 м
- Масса кольца m = 470 мг = 0.00047 кг

Найти:
- Коэффициент поверхностного натяжения жидкости γ.

Решение:

1. Сначала найдем длину окружности внешнего диаметра кольца, поскольку именно она будет взаимодействовать с поверхностью жидкости. Радиус внешнего диаметра r2 = d2 / 2 = 0.013 m.
   Длина окружности L = 2 * π * r2 = 2 * π * 0.013 ≈ 0.08168 м.

2. Теперь рассчитаем силу, которая действует на кольцо в момент, когда оно отрывается от жидкости. Это сила равна силе тяжести кольца и силе, созданной растяжением пружины:
   F = m * g + k * x,
где g ≈ 9.81 м/с² (ускорение свободного падения).

3. Подставим известные значения:
   F = 0.00047 * 9.81 + 1 * 0.010
   = 0.004607 + 0.010
   = 0.014607 Н.

4. При отрыве кольца от поверхности жидкости действует сила поверхностного натяжения, которая равна произведению коэффициента поверхностного натяжения γ на длину окружности кольца:
   F = γ * L.

5. Таким образом, мы можем выразить γ:
   γ = F / L.

6. Подставим значение силы и длины окружности:
   γ = 0.014607 / 0.08168.

7. Рассчитаем γ:
   γ ≈ 0.178 Н/м.

Ответ:
Коэффициент поверхностного натяжения жидкости составляет примерно 0.178 Н/м.
от