Вопрос школьника
Какую силу F нужно приложить к горизонтальному алюминиевому кольцу высотой h=10 мм, внутренним диаметром d1=50 мм и внешним диаметром d2=52 мм, чтобы оторвать его от поверхности воды? Какую часть найденной силы составляет сила поверхностного натяжения?
Ответ от учителя
Для того чтобы оторвать кольцо от поверхности воды, необходимо преодолеть силу поверхностного натяжения, которая действует на границе раздела воды и воздуха. Эта сила зависит от свойств поверхности и составляет примерно 72 мН/м для воды при комнатной температуре.
Чтобы определить необходимую силу для отрыва кольца от поверхности воды, можно воспользоваться формулой:
F = 2πrγ
где F — сила, необходимая для отрыва кольца от поверхности воды, r — радиус кольца (среднее значение между внутренним и внешним диаметром), γ — коэффициент поверхностного натяжения.
Рассчитаем радиус кольца:
r = (d1 + d2) / 4 = (50 мм + 52 мм) / 4 = 51 мм / 2 = 25,5 мм
Подставим значения в формулу:
F = 2πrγ = 2π * 0,0255 м * 72 мН/м = 11,6 мН
Таким образом, для отрыва кольца от поверхности воды необходимо приложить силу примерно 11,6 мН.
Чтобы определить долю силы, которая составляет сила поверхностного натяжения, можно воспользоваться формулой:
Fγ = 2πrγ
где Fγ — сила поверхностного натяжения.
Подставим значения:
Fγ = 2πrγ = 2π * 0,0255 м * 72 мН/м = 11,6 мН
Таким образом, сила поверхностного натяжения составляет всю необходимую силу для отрыва кольца от поверхности воды.
