Kuidas mõõta pindpinevust

Pindpinevus viitab vedeliku võimele vastu seista gravitatsioonijõule. Näiteks moodustab vesi lauale tilgad, kuna pinnal olevad veemolekulid rühmituvad gravitatsioonijõu vastu. Pindpinevus on see, mis võimaldab tihedamal objektil, näiteks putukatel, veepinnal hõljuda. Pindpinevust mõõdetakse jõu (N) abil, mis avaldab ühikut, näiteks pikkust (m), või mõõdetud ala energia hulka. Neid mõõdetakse njuutonites meetri kohta (või N/meeter). Jõud, mida veemolekulid üksteisele avaldavad, või sidusjõud põhjustavad pinget ja vastutavad vee (või muu vedeliku) tilkade kuju eest. Pindpinevust saate mõõta mõne majapidamistarbe ja kalkulaatoriga.

1
Määratlege pindpinevuse võrrand. Selles katses määratakse pindpinevus võrrandiga F = 2sd. F on jõud njuutonites (N), s on pindpinevus (N/m) ja d on katses kasutatud nõela pikkus. Võrrandi ümberkorraldamine pindpinevuste lahendamiseks annab tulemuseks s = F/2d. Jõud arvutatakse katse lõpus. Enne katse alustamist mõõdetakse nõela pikkus meetrites joonlaua abil.

2
Ehitage väike tasakaalutala. Selles katses kasutate pindpinevuse mõõtmiseks tasakaalukiirt ja väikest veepinnal hõljuvat nõela. Tasakaalutala peab olema hästi konstrueeritud, et saaksite täpse tulemuse. Selleks saate kasutada mitut tüüpi materjale, lihtsalt veenduge, et kesktala oleks midagi tugevat, näiteks puitu, plastikut või tihedat pappi. Märkige tala jaoks kasutatava materjali keskpunkt (õled, plastikust joonlaud) ja puurige või puurige või torka sellest auk läbi; see on tugipunkt (punkt, mis võimaldab talal vabalt pöörata). Kui kasutate plastkõrt, võite lihtsalt torgata tihvti või naela otse sellest läbi. Puurige või torgake tala mõlemasse otsa auk, tagades, et need on keskelt samal kaugusel. Keerake igast august läbi nöör, mis on tasakaalunõude hoidik. Veenduge, et mõlemas otsas oleks iga augu jaoks 1 nöör. Toetke nael horisontaalselt kahe raamatuvirna vahele, et keskmine tala saaks vabalt pöörata.

3
Voldi tükk alumiiniumfooliumi, et moodustada kast või tass. Nõu ei pea olema täpselt kandiline ega ümmargune. Nõu täidetakse vee või muu raskusega, seega veenduge, et see oleks piisavalt tugev, et seda toetada. Riputage kast või roog tala ühest otsast. Torka nõude külgedele väikesed augud ja keera nöör läbi, et nõu üleval hoida.

4
Riputage nõel või kirjaklamber horisontaalselt niidiga tala teisest otsast. Tala vastasküljel siduge kirjaklamber või nõel nööri otsa nii, et see oleks tasane. Katse toimimiseks on oluline, et kirjaklamber või nõel oleks horisontaalselt.

5
Alumiiniummahuti tasakaalustamiseks asetage talale tükk materjali, nagu savi või play-doh. Enne katse alustamist peate veenduma, et tala on tasane. Nõu on nõelast raskem, mistõttu tala langeb nõude suunas. Lisage tala vastasküljele piisavalt savi, et tala oleks tasane. Seda nimetatakse vastukaaluks. Savi arvutusi ei mõjuta, kuna see tasakaalustab tala.

6
Asetage tala küljes rippuv nõel või kirjaklamber veenõusse. See samm võib nõuda täiendavat pingutust, et nõel toetuks veepinna ülaosale. Te ei soovi, et nõel oleks vette sukeldatud. Täitke anum veega (või muu tundmatu pindpinevusega vedelikuga) ja asetage see nõela alla kõrgusele, mis võimaldab nõel toetuda otse pinna peale. Veenduge, et nõela paigal hoidev nöör jääb pärast nõela pingutamist pingul vee peal.

7
Kaaluge väikesel postikaalal partii tihvte või mitu mõõdetud tilka vett. Varem ehitatud alumiiniumnõusse lisate ükshaaval tihvtid või tilgad vett. Arvutamiseks on oluline täpselt teada, kui palju raskust on vaja nõela veest väljatõstmiseks.Loendage mitu tihvti või veetilka ja kaaluge neid. Määrake iga tilga või tihvti individuaalne kaal, jagades kogukaal tihvtide või veetilkade arvu järgi.Oletame näiteks, et 30 tihvti kaaluvad 15 grammi: 15/30 = 0,5. Iga tihvt kaalub 0,5 grammi.

8
Lisage tihvtid või tilgad vett ükshaaval oma alumiiniumfooliumist anumasse, kuni nõel on veepinnast vabanenud. Lisage aeglaselt tihvt või tilk vett alumiiniumnõusse üks nõel/tilk korraga. Jälgige hoolikalt nõela, et näha, kas see tuleb iga uue lisamisega veest välja. Lõpetage tihvtide/tilkade lisamine, kui nõel ei puutu enam veepinnaga kokku.Loendage tihvtide või veetilkade arv, mis on vajalikud vastukaalu eemaldamiseks veepinnalt. Registreerige iga näit. Korrake harjutust mitu korda (5 või 6) täpsemate näitude saamiseks. Arvutage tulemuste keskmine, lisades igas katses vajalike tihvtide koguarvu ja jagades selle katsete koguarvuga.

9
Teisendage tihvtide mõõtmine jõusse, korrutades grammide arvu 0,00981 N/g-ga. Pindpinevuse arvutamiseks peate teadma kogu jõu suurust, mis on vajalik nõela eemaldamiseks vedeliku pinnalt. Kuna kaalusite tihvte eelmises etapis, saate selle arvutuse hõlpsalt teha, kasutades teisendustegurit 0,00981 N/g. Korrutage tassile lisatud tihvtide arv iga tihvti kaaluga. Näiteks 5 tihvti 0,5 g/tihvti kohta = 5 x 0,5 = 2,5 g. Korrutage grammide kogus teisendusteguriga 0,00981 N/g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.

10
Ühendage muutujad võrrandiga ja lahendage. Kasutades katse ajal kogutud mõõtmisi, saate nüüd lahendada jõu määramise. Lihtsalt sisestage numbrid õigesse muutujasse ja lahendage õiges toimingute järjekorras. Meie näidet jätkates oletame, et nõel oli 0,025 m pikk. Muutujate ühendamine võrrandisse annab tulemuse: S = F/2d = 0,025 N/(2 x 0,025) = 0,05 N/m. Vedeliku pindpinevus on 0,05 N/m.

11
Kapillaaride tegevuse mõistmine. Kapillaaride tegevuse mõistmiseks peate esmalt mõistma adhesiooni ja ühtekuuluvusjõude. Adhesioon on jõud, mis paneb vedeliku kleepuma tahkele pinnale, näiteks klaasi servale. Kohesiivsed jõud on need, mis tõmbavad vedelaid molekule üksteise poole. Adhesiooni- ja kohesioonijõudude kombinatsioon põhjustab vedeliku kerkimise õhukese toru keskpunktist ülespoole. Vedeliku tõusu kõrgust saab kasutada selle vedeliku pindpinevuse arvutamiseks. Kohesioon põhjustab vee pinnale mullide või tilkade moodustumist. Kui vedelik puutub kokku õhuga, tunnevad molekulid üksteise suhtes tõmbejõudu ja tekitavad pinnale mulli. Adhesioon põhjustab meniski, mis on näha vedelikes, kui need klaasi külgedele klammerduvad. See on silmade kõrgusel vaadeldav nõgus kujund vedeliku ülaosas. Kapillaartegevuse näide on vee tõusu jälgimine veetassi asetatud kõrres.

12
Määratlege pindpinevuse võrrand. Pindpinevus saadakse võrrandiga S = (Ïhga/2), kus S on pindpinevus, Ï (või rho) on mõõdetava vedeliku tihedus, h on kõrgus, mille võrra vedelik torus tõuseb, g on vedelikule mõjuva gravitatsiooni kiirendus (9,8 m/s2) ja a on kapillaartoru raadius. Selle võrrandi läbimisel veenduge, et kõik ühikud on õiges meetermõõdustikus: tihedus kg/ m3, kõrgus ja raadius meetrites ning gravitatsioon m/s2.Kui vedeliku tihedust pole antud, saate seda otsida teatmeraamatust või arvutada valemiga tihedus = mass/ruumala. Pinna ühik pinge on üks njuuton meetri kohta (N/m). Newton on võrdne 1 kg-m/s2. Ühikute iseseisvaks väljatöötamiseks lahendage võrrand lihtsalt ühikutega. S = kg/m3 * m * m/s2 * m. Kaks mõõtühikut tühistavad kaks meetriühikut ja teile jääb 1 kg-m/s2/m või 1 N/m.

13
Täitke anum tundmatu pindpinevusega vedelikuga. Kasutades madalat nõu või kaussi, täitke see umbes tolli kõnealuse vedelikuga. Lisatava vedeliku kogus ei oma tähtsust seni, kuni on selgelt näha vedeliku tõusu kapillaartorus. Kui kordate seda erinevate vedelikega, veenduge, et nõu oleks enne järgmise vedeliku lisamist põhjalikult puhastatud ja kuivatatud. Teise võimalusena kasutage iga vedeliku jaoks eraldi nõusid.

14
Asetage vedeliku sisse läbipaistev õhuke toru. See on toru, millest võtate pindpinevuse arvutamiseks mõõtmised. Toru peab olema läbipaistev, et oleks näha, kui kaugele vedelik tassis üle taseme tõuseb. Ka torul peab olema kogu ulatuses sama raadius. Raadiuse mõõtmiseks asetage lihtsalt joonlaud toru ülaosale ja määrake läbimõõt. Jagage läbimõõt 2-ga ja teil on raadius. Neid torusid saate osta Internetist või riistvarapoest. Väikesi muutusi kõrguses, mille kõrgus vedelik kõrres või laias torus tõuseb, võib olla raske täpselt mõõta. Kuna kõrgus, milleni vesi tõuseb, on pöördvõrdeline toru läbimõõduga (kitsam toru = kõrgem tõus), on seda katset palju lihtsam teha kitsa läbipaistva kapillaartoruga. Neid saab osta madala hinnaga veebist, kuid veenduge, et siseläbimõõt on olemas (tavaliselt umbes 1–1,2 mm) ja mõlemad otsad on avatud. Kuna need on haprad ja valmistatud klaasist, olge nende käsitsemisel ettevaatlik.

15
Mõõtke kõrgust, mil vedelik tõuseb anumas olevast vedelikust kõrgemale. Aseta joonlaua põhi otse anumas oleva vedeliku kohale ja mõõda, kui kõrgele on vedelik torusse tõusnud. Vesi tõuseb ülespoole, kuna ülespoole suunatud pindpinevusjõud on suurem kui allapoole suunatud raskusjõud.

16
Ühendage mõõdetud väärtused võrrandiga ja lahendage. Kui olete kõik vajalikud muutujad kindlaks määranud, saate need ühendada valemiga ja lahendada pindpinevus. Ärge unustage teisendada kõik oma väärtused meetrikateks, et probleemi saaks õigesti lahendada. Oletame näiteks, et mõõdame vee pindpinevust. Vee tihedus on umbes 1000 kg/m3 (selles näites kasutame ligikaudseid väärtusi). Muutuja g on alati 9,8 m/s2. Toru raadius on 0,029 m ja vesi tõuseb 0,0005 m. Mis on vee pindpinevus? Muutujate ühendamine võrrandisse annab tulemuse: S = (Ïhga/2) = (1000 x 9,8 x 0,029 x 0,0005)/2 = 0,1421/2 = 0,071 J/m2.

17
Koguge oma materjalid kokku. Selle katse jaoks vajate silmatilgutit, kuiva penni, vett, väikest kaussi, nõudepesuseepi, õli ja rätikut. Enamikku neist esemetest võib leida maja ümber või osta toidupoest. Te ei pea kasutama nõudepesuseepi ja -õli, kuid soovite, et erinevad vedelikud saaksid nende pindpinevusi võrrelda. Enne katse alustamist veenduge, et penn on täiesti puhas ja kuiv. Kui pennil on muid vedelikke, pole katse täpne. See katse ei võimalda arvutada pindpinevusi, vaid lihtsalt määrata erinevate vedelike pindpinevusi üksteise suhtes.

18
Tilgutage pennile üks tilk vedelikku korraga. Asetage sent rätikule või pinnale, mida te ei pahanda märjaks saama. Täitke tilguti esimese vedelikuga. Tilgutage vedelik aeglaselt pennile, jälgides, et tilgutaks ainult üks tilk korraga. Loendage tilkade arv, mis kulub penni täitmiseks, kuni vedelik üle jookseb. Kirjutage üles, mitu tilka kulub vedeliku voolamiseks üle penni külje.

19
Korrake katset teise vedelikuga. Puhastage ja kuivatage penni iga vedeliku testi vahel. Kuivatage pind, millele penni asetasite, enne katse kordamist. Kasutage mitut silmatilku või puhastage seda kasutuskordade vahel. Proovige segada veidi nõudepesuseepi vette ja tilgutada uuesti, et näha, kas pindpinevus muutub.

20
Võrrelge tilkade arvu, mis kulub iga vedeliku penni täitmiseks. Proovige korrata katset sama vedelikuga mitu korda, et näha, kas saate täpse loenduse. Määrake katsete keskmine, liites need kokku ja jagades tehtud katsete arvuga. Kirjutage üles, millised ained vajasid kõige rohkem tilka ja millised nõudsid kõige vähem senti täitmiseks. Suurema pindpinevusega ainete puhul langeb pennile rohkem tilku kui väiksema pindpinevusega ainetel. Nõudeseep alandab vee pindpinevust, kasutades senti täitmiseks vähem tilka.