Подпрыгивающая вода

Под влиянием адгеозных и когеозных сил форма водяного гребня немного изменится.

Погрешности Абсолютные: ∆P=0,3 ПА ∆R=2 см. Относительные: ε=2%

Когезия равна адгезии

Адгезия изгибает жидкость кверху

Когезия сильнее адгезии

Под искривленной поверхностью существует избыточное давление, т.к. высота гребня нам известна, то можно определить его численное значение: P'=2δ/R, где δ - коэффициент поверхностного натяжения воды (=0,06 Н/м) R - высота гребня (в таблице обозначена h=0,7 см). P'=17 Па

Влияние адгеозных силы Силы сцепления, притяжения между молекулами жидкости называются когеозными, а силы, возникающие между жидкость и твердым телом (поверхность), – адгеозными. На следующих рисунках показаны молекулы жидкости в стакане (пунктирной линией обозначена равнодействующая сил).

Движущийся поток воды создает вихревые потоки воздуха возле струи, что создает условия для понижения давления. Теоретические предположения согласуются с экспериментальными (опыт 2.). Турбулентные завихрения образуются на расстоянии R в сторону струи (опыт №3), образуемые за счет разности давлений. Разность давлений уменьшается по мере удаления от струи. Образуемый гребень имеет форму вала.

Испытав упругое столкновение, молекулы жидкости отражаются от поверхности и перемещаются подобно телу, подброшенному под углом к горизонту и движущегося под действием силы тяжести. Под струей образуется ограниченная часть воздуха с атмосферным давлением, над ней - область пониженного давления.

В месте соприкосновения струи с поверхностью образуется утолщение. Это объясняется тем, что при столкновении любого типа на определенной стадии сближения сталкивающихся тел развиваются равные и противоположные по направлению силы, которые «расталкивают» оба тела в противоположные стороны и действуют до тех пор, пока тела снова не удалятся друг от друга. В результате испытываемого удара струя расширяется.

Определим давление внутри столба жидкости: P=p + δ/r , где δ - коэффициент поверхностного натяжения воды (=0,06 Н/м), r - радиус столба жидкости (=0,9 см), p – атмосферное давление (=98640 Па), P=98647 Па Это значение показывает давление в самой широкой части струи.

Теперь определим ∆P – разность давлений в верхней и нижней частях струи через объем, вытекающей жидкости: V Пr∆P ∆t 8δηL , где η – вязкость воды при комнатной температуре (=0,001 Н∙с/м²). ∆P=75,5 Па Теперь вычислим давление в самой узкой части струи: P=P+ ∆P P=98647+75,5=98722,5 Па

Опыт №2 Тонкую бумагу, разрезав один конец листа на полоски для уменьшения сопротивления, подносим к струе воды, замечаем, что полоски отклоняются в сторону струи. Опыт №3 В воду бросаем маленькие кусочки легкого непромокающего материала, и они начинают закручиваться в гребне, образовавшемся при падении струи воды.

Теоретические исследования На падающую струю воды действуют силы поверхностного натяжения. Под их воздействием струя сужается; внутреннее давление в месте сужения становится больше. Жидкость будет течь из этого места в соседнюю область, где давление ниже, что сделает струю еще тоньше. Давление в месте сужения еще вырастет, вызвав дальнейшее уменьшение диаметра струи воды.

Длина струи L 54.5 см Длина до самой узкой части струи L 40.5см Диаметр самой широкой части струи D 1.8 см Диаметр самой узкой части струи d 1.0 см Радиус рассеивания R 4.5 см Ширина гребня d 0.7 см Высота гребня h 0.7 см Объем воды V 1 л Время падения t 27 с

Анализ опыта №1: диаметр струи по мере удаления от крана уменьшается; в месте соприкосновения с поверхностью струя расширяется; веером из места падения расходятся струйки жидкости, но на определенном расстоянии образуется бурлящий вал, окаймляющий точку падения струи в форме правильной окружности.

Проведенные опыты Опыт №1 Наблюдение за падением струи из водопроводного крана на горизонтальную поверхность (стекло).

План исследования 1. Экспериментальные исследования: а. опыты; б. анализ наблюдений. 2. Теоретические исследования: а. поверхностное натяжение; б. давление внутри струи; в. давление воздуха в области падения струи; г. адгеозные и когеозные силы; д. погрешности.

Условие Вертикальная струя воды падает на твердую горизонтальную поверхность. На некотором расстоянии от точки падения возникает «водяной гребень». Исследовать это явление.

Подпрыгивающая вода Муниципальное общеобразовательное учреждение лицей №17 г. Физика г.Ставрополь, 2005 г.