Bài 37 Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng Bài 37 1 trang 89 SBT Vật Lí 10 Một vòng nhôm mỏng có đường kính 50 mm và trọng lượng P = 68 10 3 N, được treo vào một lực kế lò xo sao cho đáy vòng nhôm tiế[.]
Bài 37: Các tượng bề mặt chất lỏng Bài 37.1 trang 89 SBT Vật Lí 10: Một vịng nhơm mỏng có đường kính 50 mm trọng lượng P = 68.10-3 N, treo vào lực kế lị xo cho đáy vịng nhơm tiếp xúc với mặt nước Cho biết hệ số lực căng bể mặt nước 72.10-3 N/m Xác định lực kéo để bứt vịng nhơm lên khỏi mặt nước A F = 1,13.10-3 N B F = 9,06.10-2N C F = 226.10-3 N D F = 7,2.10-2 N Lời giải: Vì vịng nhơm mỏng, nên đường kính d đường kính ngồi D gần Khi lực căng bề mặt nước tác dụng lên chu vi mặt mặt vịng nhơm có độ lớn: Fc = (D + d) 2D Để bứt vịng dây nhơm khỏi mặt nước, lực kéo F lực kế phải có độ lớn tổng trọng lượng vịng nhơm lực căng bề mặt nước: F P + Fc = P + 2D 7,2.10−3 + 68.10−3 = 9,06.10−2 N Chọn đáp án B Bài 37.2 trang 89 SBT Vật Lí 10: Một màng xà phịng căng mặt khung dây đồng hình chữ nhật treo thẳng đứng, đoạn dây ab dài 80 mm trượt khơng ma sát khung (H.37.1) Cho biết hệ số căng bề mặt nước xà phòng 40.10-3 N/m khối lượng riêng đồng 8,9.103 kg/m3 Xác định đường kính đoạn dây ab để nằm cân bằng, lấy g ≈ 9,8 m/s2 A F = 10,8 mm B F = 12,6 mm C F = 2,6 mm D F = 1,08 mm Lời giải: Lực căng bề mặt màng xà phịng (có hai mặt) tác dụng lên đoạn dây ab có độ dài l có độ lớn bằng: Fc = 2L Trọng lượng đoạn dây ab bằng: d P = mg = DVg = D .g Điều kiện cân đoạn dây ab là: d P = F 2 = D .g 8 8.40.10−3 d= = = 1,08mm Dg 3,14.8,9.103.9,8 Bài 37.3 trang 90 SBT Vật Lí 10: Một ống nhỏ giọt dựng thẳng đứng bên đựng nước Nước dính hồn tồn miệng ống đường kính miệng ống 0,43 mm Trọng lượng giọt nước rơi khỏi miệng ống 9,72 10-5 N Tính hệ số căng mặt nước A Xấp xỉ 72.10-3 N/m B Xấp xỉ 36.10-2 N/m C Xấp xỉ 72 10-5 N/m D Xấp xỉ 13,8.102 N/m Lời giải: Khi giọt nước rơi khỏi miệng ống trọng lượng P lực căng bề mặt Fc tác dụng lên giọt nước miệng ống: P = Fc = d Với d đường kính miệng ống nhỏ giọt, σlà hệ số căng bề mặt nước Từ suy ra: = P = 9,72.10−53,14.0,43.10−3 72.10−3 N / m d Chọn đáp án A Bài 37.4 trang 90 SBT Vật Lí 10: Một vịng nhơm đường kính 50 mm treo vào lực kế lị xo cho đáy tiếp xúc với mặt trước Hệ số căng bề mặt nước 72.10-3N/m Khi vòng nhơm vừa bị kéo bứt khỏi mặt nước lực kế A 1,13.10-2N B 2,26-2N C 22,6-2N D 7,2-2N Lời giải: Ta có: F = Fc = 2.L = 2.d = 2.72.10−3..50.10−3 = 0,0226N Chọn đáp án B Bài 37.5 trang 90 SBT Vật Lí 10: Một màng xà phịng căng khung dây đồng hình chữ nhật treo thẳng đứng (H.73.2) Đoạn dây ab dài 50 mm trượt dễ dàng khung Hệ số căng bề mặt xà phòng 0,04N/m Dây ab đứng yên trọng lượng A 2.10-3N B 4.10-3N C 1,6.10-3N D 2,5.10-3N Lời giải: Ta có: P = Fc = 2.L = 2.d = 2.0,04.50.10−3 = 4.10−3 N Chọn đáp án B Bài 37.6 trang 90 SBT Vật Lí 10: Một vịng nhơm có trọng lượng 62,8.10-3 N đặt cho đáy tiếp xúc với mặt chất lỏng đựng cốc thuỷ tinh Đường kính đường kính ngồi vịng nhơm 48mm 50mm Cho biết hệ số căng bề mặt nước 72.10-3 N/m rượu 22.103 N/m Xác định lực kéo vịng nhơm đê bứt lên khỏi mặt thống chất lỏng hai trường hợp : a) chất lỏng nước ; b) chất lỏng rượu Lời giải: Muốn kéo vịng nhơm bứt khỏi mặt thống nước cần tác dụng lên lực F1 hướng thẳng đứng lên có cường độ nhỏ tổng trọng lực P vịng nhơm lực căng bề mặt Fc nước: F1 = P + Fc Vì mặt thống nước tiếp xúc với mặt mặt ngồi vịng nhơm nên lực căng bề mặt Fc có độ lớn bằng: Fc = σπ(d + D) Từ suy ra: F1= P + σπ(d + D) a) Với chất lỏng nước có σ = 72.10-3 N/m, ta tìm được: F1 = 62,8.10-3 + 72.10-3.3,14.(48 + 50) 10-3 ≈ 85.10-3 N b) Với chất lỏng rượu có σ = 22.10-3 N/m, ta tìm được: F2 = 62,8.10-3 + 22.10-3.3,14.(48 + 50).10-3 ≈ 69,5.10-3 N Bài 37.7 trang 90 SBT Vật Lí 10: Một mẩu gỗ hình lập phương có khối lượng 20 g đặt mặt nước Mẩu gỗ có cạnh dài 30 mm dính ướt nước hồn tồn Cho biết nước có khối lượng riêng 1000 kg/m3 hệ số căng bề mặt 0,072 N/ Lấy g = 9,8 m/s2 Xác định độ ngập sâu nước mẩu gỗ Lời giải: Do mẩu gỗ bị nước dính ướt hồn tồn, nên lực căng bề mặt Fc tác dụng lên mẩu gỗ hướng thẳng đứng xuống Điều kiện để mẩu gỗ mặt nước tổng trọng lực Pp lực căng bề mặt Fc phải cân với lực đẩy Ác-si-mét FA (H.37.1G): P + Fc = FA Gọi a độ dài cạnh mẩu gỗ, x độ ngập sâu nước mẩu gỗ, D σ khối lượng riêng hệ số căng bề mặt nước Thay P = mg, Fc = σ4a FA = Da2xg (bằng trọng lượng nước bị phần mẩu gỗ chìm nước chiếm chỗ), ta tìm được: mg + 4a = Da xg = x = mg + 4a Da 2g Thay số: x= 20.10−3.9,8 + 0,072.4.30.10−3 1000.( 30.10−3 ) 9,8 ( 2,2 + 0,1) cm = 2,3cm Như lực dính ướt có tác dụng làm mẩu gỗ chìm sâu thêm 0,1 cm chiếm tỉ lệ khoảng 4% độ ngập sâu mẩu gỗ Bài 37.8 trang 90 SBT Vật Lí 10: Một kim hình trụ thép có bơi lớp mỏng dầu nhờn mặt đặt nằm ngang mặt nước Hãy xác định đường kính lớn kim cho độ chìm sâu nước kim bán kính Đường kính kim 5% độ dài Cho biết khối lượng riêng thép 7800 kg/m3 nước 1000 kg/m3 hệ số căng bề mặt nước 0,072 N/m, lấy g ≈ 9,8 m/s2 Lời giải: Muốn kim mặt nước hiệu số trọng lượng P lực đẩy Ác-simét FA tác dụng lên kim phải lớn lực căng bề mặt Fc phần mặt nước đỡ kim (H.37.2G) : P – FA > Fc Gọi d bán kính, l chiều dài D khối lượng riêng kim, D0 σ khối lượng riêng hệ số căng bề mặt nước Thay: d P = mg = D g,Fc = 2 ( d + ) d FA = D0 g (trọng lượng nước bị nửa phần kim chìm nước chiếm chỗ), đồng thời ý d = 0,05l hay l = 20d, ta tìm : d d D 20dg − D0 20dg 2 ( d + 20d ) Từ suy : d 16,8 g ( 2D − D ) Thay số, ta được: d max = 16,8.0,072 1,64mm 3,14.9,8.( 2.7800 − 1000 ) Bài 37.9 trang 91 SBT Vật Lí 10: Một bình có ống nhỏ giọt đầu phía Rượu chứa bình chảy khỏi ống nhỏ giọt thành giọt cách 2,0 s Miệng ống nhỏ giọt có đường kính 2,0 mm Sau khoảng thời gian 720 s, khối lượng rượu chảy khỏi ống 10 g Xác định hệ số căng bề mặt rượu Coi chỗ thắt giọt rượu bắt đầu rơi khỏi miệng ống nhỏ giọt có đường kính đường kính ống nhỏ giọt Lấy g = 9,8 m/s2 Lời giải: Trọng lượng P giọt rượu bắt đầu rơi khỏi miệng ống nhỏ giọt có độ lớn lực căng bề mặt Fc rượu tác dụng lên chu vi miệng ống nhỏ giọt, tức : P = Fc = σl = σπd với σ hệ số căng bề mặt rượu l = πd chu vi miệng ống nhỏ giọt Gọi M khối lượng rượu chảy khỏi miệng ống thời gian t Vì hai giọt rượu chảy khỏi miệng ống cách 2,0 s nên trọng lượng P giọt tính bằng: P= Mg Mg =2 t t Từ ta tìm được: 2Mg 2.10.10−3.9,8 = = 4,3.10−2 ( N / m −3 dt 3,14.2.10 720 Bài 37.10* trang 91 SBT Vật Lí 10: Một ống mao dẫn dài mỏng có hai đầu hở cắm thẳng đứng xuống nưởc cho toàn chiều dài ống ngập nước Dùng tay bịt kín đầu ống nhấc ống thẳng đứng lên khỏi nước Sau buông nhẹ tay để đầu ống lại hở Xác định độ cao cột nước đọng ống Cho biết đường kính ống 2,0 mm, khối lượng riêng nước 1000 kg/m3 hệ số căng bể mặt nước 72,5.10-3 N/m, lấy g ≈ 9,8 m/s2 Lời giải: Cột nước đọng lại ống mao dẫn tác dụng cân trọng lượng P cột nước với tổng lực dính ướt Fd thành ống tạo thành mặt khum lõm đầu mặt khum lồi đầu cột nước (H.37.3G) Tại vị trí tiếp xúc hai mặt khum cột nước với thành ống, lực dính ướt Fd hướng thẳng đứng lên phía có độ lớn với lực căng bề mặt Fc nước Fd = Fc = σπd với d đường kính ống mao dẫn σ hệ số căng bề mặt nước Nếu gọi D khối lượng riêng nước h độ cao cột nước ống trọng lượng cột nước bằng: d P = mg = Dgh Khi điều kiện cân cột nước đọng lại ống là: P = 2Fd Dgh d = 2d Từ suy : 8 8.72.10−3 h= = 29,4 ( mm ) Dgd 1000.9,8.2,0.10−3 ... 2 .10- 3N B 4 .10- 3N C 1,6 .10- 3N D 2,5 .10- 3N Lời giải: Ta có: P = Fc = 2.L = 2.d = 2.0,04.50 .10? ??3 = 4 .10? ??3 N Chọn đáp án B Bài 37. 6 trang 90 SBT Vật Lí 10: Một vịng nhơm có trọng lượng 62,8 .10- 3... 72 .10- 3 N/m, ta tìm được: F1 = 62,8 .10- 3 + 72 .10- 3.3,14.(48 + 50) 10- 3 ≈ 85 .10- 3 N b) Với chất lỏng rượu có σ = 22 .10- 3 N/m, ta tìm được: F2 = 62,8 .10- 3 + 22 .10- 3.3,14.(48 + 50) .10- 3 ≈ 69,5 .10- 3... giọt tính bằng: P= Mg Mg =2 t t Từ ta tìm được: 2Mg 2 .10. 10−3.9,8 = = 4,3 .10? ??2 ( N / m −3 dt 3,14.2 .10 720 Bài 37 .10* trang 91 SBT Vật Lí 10: Một ống mao dẫn dài mỏng có hai đầu hở cắm thẳng