Кафедра общей физики ПГУ Лаборатория молекулярной физики Лабораторная работа № 227 Лабораторная работа № 227 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ МЕТОДОМ КАПИЛЛЯРНЫХ ВОЛН Принадлежности: прибор ФПВ, исследуемая жидкость, электронный штангенциркуль. Цель работы: 1. Исследование зависимости скорости распространения капиллярных волн от длины волны. 2. Измерение коэффициента поверхностного натяжения жидкости. Введение. Рассмотрим поверхность жидкости, наполняющей озеро или достаточно большой сосуд. В спокойном состоянии эта поверхность является плоской. Однако достаточно хотя бы ненадолго вывести жидкость из состояния равновесия, как по ее поверхности начинают распространяются волны: круговые (от брошенного камня), плоские (от ветра или волны), более сложные по форме. Два рода сил возвращают на место выведенную из равновесия жидкость: силы тяжести и силы поверхностного натяжения. Силы тяжести стремятся совместить поверхность жидкости с эквипотенциальной поверхностью, т. е. расположить эту поверхность по горизонтальной плоскости (точнее говоря, по сфере, центр которой расположен в центре Земли). Сила поверхностного натяжения стремиться сократить площадь поверхностности, т. е. тоже придать ей вид плоскости. Выведенная из состояния равновесия жидкость приобретает в поле тяжести и в поле сил поверхностного натяжения некоторую потенциальную энергию. До тех пор, пока эта энергия не перейдет в тепло, жидкость не может успокоиться. В ней возбуждается колебательное движение, – по поверхности жидкости бегут капиллярно–гравитационные волны. Теория капиллярно–гравитационных волн основана на уравнениях гидродинамики и здесь не рассматривается. Эта теория приводит к следующей формуле для скорости капиллярно–гравитационных волн: g 2 0 с 2 (1) где с – фазовая скорость распространения волны, g – ускорение свободного падения, λ – длина поверхностной волны, σ0 – коэффициент поверхностного натяжения, ρ – плотность жидкости. График зависимости с от λ приведен на рис. 1. Как видно из формулы (1), скорость распространения капиллярно– гравитационных волн сложным образом зависит от длины λ. Первое слагаемое под корнем отражает вклад силы тяжести, а второе – вклад сил поверхностного натяжения. Соотношения между этими слагаемыми существенно зависит от длины волны. При увеличении λ первое слагаемое подкоренного выражения растет, а второе – уменьшается. -1-