Lý thuyết Các hiện tượng bền mặt của chất lỏng đầy đủ nhất

Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng là một bài thuộc chương VII nghiên cứu về chất rắn, chất lỏng và sự chuyển thể của chúng. Cunghocvui xin gửi tới các bạn bài lý thuyết và các dạng bài tập tự luận, trắc nghiệm về bài 37 Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng chi tiết nhất!

A. Trình bày các hiện tượng bề mặt của chất lỏng

1. Hiện tượng lực căng bề mặt

- Bề mặt chất lỏng trong trạng thái bị kéo căng do phải chịu tác dụng của một lực kéo thì những lực đó được gọi là lực căng bề mặt của chất lỏng.

- Một số đặc điểm của lực căng bề mặt trong trạng thái tác dụng lên một đoạn đường thuộc bề mặt chất lỏng:

+ Phương của lực hợp với phương của đoạn đường này một góc là \(90^0\), có vị trí tiếp tuyến với bề mặt chất lỏng.

+ Diện tích bề mặt chất lỏng bị giảm do có sự tác động về chiều của lực.

+ Mối tương quan giữa độ lớn của lực và độ dài quãng đường là tỉ lệ thuận và được tính theo một công thức sau:

\(f=\sigma .l\)

Phân tích cái thành phần của công thức ta có:

+ Độ lớn của lực được ký hiệu là \(f\), đơn vị tính bằng (N)

+ Độ dài khoảng cách của quãng đường được ký hiệu là l, đơn vị tính bằng (m)

+ Hệ số căng mặt ngoài được ký hiệu là \(\sigma\), đơn vị tính bằng (N/m). Có hai yếu tố chi phối đến độ lớn của \(\sigma\) đó là nhiệt độ và bản chất của chất lỏng. Cụ thể là nếu giá trị của \(\sigma\) giảm thì nhiệt độ chất lỏng sẽ tăng.

- Ví dụ lực căng bề mặt chất lỏng:

+ Dùng ô che khi đi trời mưa, các hạt nước mưa không thể thấm vào bên trong vải ô.

+ Khi giặt quần áo, vải sẽ dễ bị thấm nước hơn khi ta cho hỗn hợp bột giặt hòa với một lượng nước. Khi hỗn hợp bột giặt tác dụng với nước thì lực căng bề mặt của nước sẽ bị giảm.

+ Một giọt nước rơi trên chiếc lá. Vị trí này, giọt nước chịu một lực tác dụng của trọng lực là rất nhỏ nên giọt nước mang dạng hình thù là hình cầu.

2. Hiện tượng dính ướt và hiện tượng không dính ướt

a, Hiện tượng dính ướt

Khái niệm về hiện tượng dính ướt: Khi chất lỏng trong trạng thái tiếp xúc với một vật bất kì, sau khi tiếp xúc, vật đó có hiện tượng bị dính ướt còn chất lỏng sẽ có xu hướng lan rộng bên trên bề mặt tiếp xúc và tạo thành các hình thù bất kỳ. Hiện tượng đó được gọi là hiện tượng dính ướt.

b, Hiện tượng không dính ướt

Khái niệm về hiện tượng không dính ướt: Khi chất lỏng trong trạng thái tiếp xúc với một vật bất kỳ, sau khi tiếp xúc, vật đó không có hiện tượng dính ướt, nghĩa là giữ nguyên trạng thái khô ráo ban đầu còn chất lỏng tiếp xúc với vật có hiện tượng tròn lại mang hình dạng của một khối cầu. Sau đó, chất lỏng sẽ có xu hướng dẹt xuống do phải chịu tác dụng của trọng lực. Hiện tượng đó được gọi là hiện tượng không dính ướt.

c, Ứng dụng của hiện tượng dính ướt và hiện tượng không dính ướt

Làm giàu quặng theo cách làm "tuyển nổi" từ hiện tượng bề mặt vật rắn có hiện tượng dính ướt chất lỏng

3. Hiện tượng mao dẫn

a, Khái niệm về hiện tượng mao dẫn

- So sánh giữa hai nhân tố đó là chất lỏng trong trạng thái được đựng trong các ống với một bán kính nhỏ và bề mặt chất lỏng ở bên ngoài ống. Nếu có hiện tượng mực chất lỏng bên trong có xu hướng chuyển động hạ thấp hoặc dâng cao so với mực chất lỏng bên ngoài thì đó được gọi là hiện tượng mao dẫn.

- Các ống chứa những chất lỏng có hiện tượng mao dẫn thì được gọi là ống mao dẫn.

b, Tính chất của hiện tượng mao dẫn

- Trong một ống mao dẫn, độ dâng cao hay hạ thấp của một chất lỏng được cho bởi công thức sau:

\(h=\dfrac{4\sigma }{p.g.d}\)

Phân tích cách thành phần trong công thức ta có:

+ Khối lượng riêng của chất lỏng được ký hiệu là \(p\)

+ Đường kính ống mao dẫn được ký hiệu là \(d\)

+ Hệ số căng mặt ngoài được ký hiệu là \(\sigma\), đơn vị tính bằng (N/m).

- Có hai yếu tố chi phối đến tính chất của hiện tượng mao dẫn, bao gồm: hệ số mặt căng ngoài và đường kính của ống mao dẫn. Cụ thể như sau:

+ Nếu đường kính của ống càng nhỏ nhưng hệ số mặt căng ngoài càng lớn thì chất lỏng ở bên trong ống mao dẫn và chất lỏng ở bên ngoài ống mao dẫn có mức chênh lệch càng lớn.

c, Một số ví dụ về ống mao dẫn

- Hiện tượng rễ cây cắm sâu xuống lòng đất để đi tìm mạch nước cho cây (không phân biệt về kích cỡ). Trong trường hợp này, rễ cây được đóng vai trò như một ống mao dẫn lấy các chất lỏng từ bên ngoài lòng đất và vận chuyển vào bên trong cho cây.

- Trong bấc dầu hỏa bao gồm nhiều sợi dây. Sợi dây này nhiệm vụ như một ống mao dẫn vận chuyển dầu hỏa từ vị trí chứa dưới cùng đến vị trí ngọn bấc để đốt cháy.

B. Bài tập các hiện tượng bề mặt của chất lỏng

1. Bài tập tự luận các hiện tượng bề mặt của chất lỏng

Bài 1: 4mm là đường kính của một ống dẫn được đặt với một phương tạo với mặt đất một góc bằng \(90^0\). Người ta cho rượu từ một cái bình đi ra ngoài bằng cách cho rượu chảy ra qua ống dẫn này. Biết rằng, khoảng thời gian giữa hai giọt rơi một cách liên tiếp là 2s và gia tốc rơi tự do được cho bằng \(g=10m/s^2\). Người ta thu về được một lượng rượu là 100g sau khi cho rượu chảy qua ống dẫn một khoảng thời gian là 65 phút. Hỏi rượu có hệ số căng bề mặt là bao nhiêu?

Đáp số: Rượu có hệ số căng bề mặt là 0,04N/m

Bài 2: Cho 1mm là đường kính của một ống dạng hình trụ trong trạng thái cả hai đầu ống đều hở. Biết rằng gia tốc rơi tự do được cho bằng \(g=9,8m/s^2\):

a, Đưa ống vào nước theo một phương tạo với mặt đất một góc \(90^0\), biết rằng 0,073 N/m và \(1000kg/m^3\) lần lượt là hệ số căng bề mặt và khối lượng riêng của nước. Nếu trong trạng thái nước dính ướt hoàn toàn thủy tinh thì nước có độ dâng là bao nhiêu? 

b, Đưa ống vào thủy ngân theo một phương tạo với mặt đất một góc \(90^0\) thì thấy một hiện tượng xảy ra là có độ hạ là 1,4cm. Biết rằng \(13600kg/m^3\) là khối lượng riêng của thủy ngân, hãy tính hệ số căng bề mặt?

Đáp số: a, Độ dâng là 2,98cm

              b, Hệ số căng bề mặt là 0,047 N/m

Bài 3: 0,1mm là bán kính của một quả cầu với kích thước nhỏ mang tính chất không bị nước dính ướt, đang trong trạng thái được đặt lên trên một bề mặt nước. Biết rằng 0,073 N/m là hệ số căng bề mặt, hỏi:

a, Quả cầu phải chịu tác dụng của một lực căng bề mặt lớn nhất là bao nhiêu?

b, Muốn cho quả cầu không chìm thì khối lượng của nó phải bằng bao nhiêu?

Đáp số: a, Độ lớn của lực là \(4,6.10^{-5}N\)

             b, Khối lượng quả cầu là 0,46 (mg)

Bài 4: Cho một thanh được làm bằng đồng có dạng là một hình chữ nhật với bốn đỉnh là A, B, C, D được đặt ở vị trí thuộc một mặt phẳng đứng trong điều kiện căng một màng xà phòng. Khoảng cách giữa hai điểm C và D là 8cm và có thể trượt được trong điều kiện không ma sát. Biết rằng \(8900kg/m^3\) và 0,04 N/m lần lượt là khối lượng riêng của đồng và hệ số căng bề mặt của xà phòng. Hỏi ở vị trí nằm cân bằng thì thanh CD có độ dài đường kính là bao nhiêu? (Lấy gia tốc rơi tự do bằng \(10m/s^2\))

Đáp số: Thanh CD có đường kính là 1,07mm

Bài 5: Cho 0,8mm là đường kính của một ống nhỏ giọt đang chứa \(20cm^3\) nước. Biết rằng \(\sigma=0,073N/m\), khối lượng riêng của nước được cho bằng \(1000kg/m^3\). Giả sử nước chảy từng giọt một thì trong ống chứa bao nhiêu giọt nước? (Lấy gia tốc rơi tự do bằng \(10m/s^2\))

Đáp số: Lượng giọt nước trong ống là 1090 giọt

2. Trắc nghiệm các hiện tượng bề mặt của chất lỏng

Câu 1: Hiện tượng nào không thuộc hiện tượng căng bề mặt chất lỏng:

A. Hiện tượng bong bóng làm từ xà phòng bay trong môi trường không khí

B. Nước đi từ bên trong vòi ra bên ngoài chậu

C. Một giọt nước hình cầu nằm trên vị trí của một lá khoai

D. Một chiếc đinh nhờn mỡ trong trạng trái nổi ở mặt nước

Câu 2: Những điều kiện để một ống được dùng làm ống mao dẫn là:

A. Tiết diện của ống nhỏ, hai đầu ống không kín và có tính chất không bị nước dính ướt

B. Tiết diện của ống nhỏ, hai đầu ống kín và có tính chất không bị nước dính ướt

C. Tiết diện của ống lớn, một đầu ống không kín và có tính chất bị nước dính ướt

D. Tiết diện của ống lớn, hai đầu ống không kín và có tính chất bị nước dính ướt

Câu 3: Một trong những ứng dụng vào thực tế của hiện tượng dính ướt là:

A. Loại bẩn quặng theo cách làm "tuyển nổi"

B. Dùng ống nhựa để vận chuyển nước từ nhà máy nước đến các hộ tiêu dùng

C. Dùng giấy thấm để loại bỏ vết mực loang trên mặt giấy 

D. Dùng ống để vận chuyển chất lỏng giữa hai bình với nhau

Tham khảo thêm >>> Giải bài tập sách giáo khoa bài 37: Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng

Với bài viết Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng, Cunghocvui đã đem lại cho bạn các kiến thức và dạng bài tập đầy đủ. Nếu có đóng góp gì cho bài 37 Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng, hãy để lại bình luận ở phía dưới nhé!