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1、第八章液體8-1在20平方公里的湖面上,下了一場(chǎng)50mmB勺大雨,雨滴的半徑r=1.0mm.。設(shè)溫度不變,求釋放出來(lái)的能量。解:已知湖表面積 S=20X 106m,下雨使湖水面升高h(yuǎn)=50X 10-3m,設(shè)雨滴總個(gè)數(shù)為 N,貝U現(xiàn)只考慮由于雨水本身表面積變化而釋放的能量 E,A E = a (4 r2 N 一 S) = a(4 r2一 S)=-1)代入數(shù)據(jù)得:r E=2.18 X 108J 其中a =73 X 10-2N m1可由表8-9查出。8-2 圖8-2是測(cè)表面張力系數(shù)的一種裝置,先將薄銅片放入待測(cè)液體中,慢慢提起銅片,使它絕大部分都露岀液面,剛要離開(kāi)但還沒(méi)有離開(kāi)液面,測(cè)得此時(shí)所用的上提
2、力f,既可測(cè)得表面張力系數(shù)。設(shè)測(cè)液體與銅片的接觸角9 =0,銅片的質(zhì)量=5.0 X 10-4 kg ,銅片的寬度L=3.977 X 102m,厚度d=2.3 X 10-4m,f=1.07 X 10-2N,求液體表面張力系數(shù)。解:由于銅片下邊四周都有液面包圍,而9 =0,所以,液面施于銅片的表面張力的方向豎直向下,大小為a 2(L+d)貝 Uf=mg+a 2(L+d)a_f m g 2( L + d )帶入數(shù)據(jù)得:a =7.25 X 10-2 N - m-1即液體的表面張力系數(shù)。8-3一球形泡,直徑等于 1.0 X 10-5,剛處在水面下,如水面上的氣壓為1.0 X 105N - m2,求泡內(nèi)壓
3、強(qiáng)。已知水的表面張力系數(shù)a =7.3 X 10-2N m1解:由于氣泡剛處在水面下,所以,泡外是液體(這與空氣中的肥皂泡不同,應(yīng)注意區(qū)別),壓強(qiáng)等 于水面上方的大氣壓P。,則泡內(nèi)壓強(qiáng)為p=po+2 =1.3 x 105Pa8-4一個(gè)半徑為1.0 x 10-2m的球形泡,在壓強(qiáng)為1.0136 x 105Nm2的大氣中吹成。如泡膜的表面張力系數(shù)a =5.0 x 10-2N m1,問(wèn)周?chē)拇髿鈮簭?qiáng)多大,才可使泡的半徑增為2.0 x 102r?設(shè)這種變化在等溫情況下進(jìn)行的.解:當(dāng)泡外壓強(qiáng)P=1.0136 x 105N - m2時(shí),泡內(nèi)壓強(qiáng)P=R+,泡內(nèi)氣體體積為 V= n R3當(dāng)泡外壓強(qiáng)為P0時(shí),泡內(nèi)
4、壓強(qiáng)F2=P,+ ,泡內(nèi)氣體體積為V2= n R3泡內(nèi)氣體可視為理想氣體,其變化過(guò)程可視為等溫,由P1Vl=P2/得(P0+ ) n R3=(p+ ) n R3所求壓強(qiáng)為P0=帶入數(shù)據(jù)得:P。=1.27 x 104N- m28-5 在深為h=2.0的水池底部產(chǎn)生許多直徑為 d=5.0 x 10-5m的氣泡,當(dāng)他們等溫地上升到水面上時(shí) 這些氣泡的直徑多大?水的表面張力系數(shù) a =7.3 x 102N- m1.解:當(dāng)氣泡在水池底部時(shí),泡內(nèi)氣體壓強(qiáng)為P1=P0= + p gh式中P0為水面上方大氣壓,可取為1.013 x 105Pa.泡內(nèi)氣體體積為 n R3題中,氣泡上升到“水面上”,應(yīng)視為“剛處在
5、水面下”,這時(shí):泡內(nèi)氣體壓強(qiáng)為P2 = P)+泡內(nèi)氣體體積為n R3視泡內(nèi)氣體為理想氣體,上升過(guò)程等溫,由P1Vi=P2“得3(P0+ p gh+ ) n R1=(P0+) n R3由于1P + p gh, R 1,從而30水銀內(nèi)各處的壓強(qiáng)可視為相同 由圖可見(jiàn)cos(托-0)根據(jù)拉普拉斯公式可求得水銀內(nèi),外壓強(qiáng)差Pa - Pb2a cos( 一 0)=6.3 64 x 1 03 Pa此即水銀施于玻璃板的附加壓強(qiáng).平衡時(shí),外加負(fù)荷F應(yīng)該等于附加壓強(qiáng)在接觸面S上所產(chǎn)生的壓力,即歸軒吐 6364xlCM0xl二 25SV8-7 在如圖8-7所示的U形管中注以水,設(shè)半徑較小的毛細(xì)管 A的內(nèi)徑r=5.0
6、 x 10-5m,較大的毛細(xì)管E 的內(nèi)徑R=2.0 x 10-4m,求兩管水面的高度差h 的表面張力系數(shù)為a=7.3 X10-2N- m.解:設(shè)液體中靠近A.B兩管彎月面處的壓強(qiáng)分別為Pa,P由于兩管都很細(xì),均可視.=0,有2aPT式中p。為大氣壓強(qiáng)由流體靜力學(xué)原理有:Pe-Pa 和h以上三式聯(lián)立可解得帶入數(shù)據(jù)得h=0.223m即兩管水面的高度差.R=1.5 x 10 3m的玻璃棒,棒與管壁間的8-8 在內(nèi)徑為Ri=2.0 x 10 3m的玻璃管中,插入一半徑為彳J距離是到處一樣的,求水在管中上升的高度.已知水的密度“ L00訂0飛】:表面張力系數(shù)a=7.3 x 102N m 1,與玻璃的接觸
7、角 9 =0.解:通過(guò)棒與管的公共軸線作一豎直平面,與液面的交線是兩個(gè)半圓(已知9 =0 ),入圖.設(shè)其中r_RrR2一個(gè)半圓的最低點(diǎn)是0,這半圓就是過(guò)液面上0點(diǎn)的一個(gè)正截口,其曲率半徑為 占八、2 .過(guò)0與半圓正截口垂直的另一正截口雖也是一條圓弧, 加壓強(qiáng)為但其曲率半徑r2.r 1由拉普拉斯公式,此彎曲液面的附1la由流體靜力學(xué)知P= P gh二式聯(lián)立解岀,水在管中上升的高度為la- R2)帶入數(shù)據(jù)得h=2.98._ 2x 10 m2.0 x 10 5m,長(zhǎng)為L(zhǎng)= 0.20m,垂直插入水中,管的上端是封閉的.問(wèn)插入水面0 = 1.013 x 105N- m2,水的表面張力89玻璃管的內(nèi)徑d下
8、的那一段的長(zhǎng)度應(yīng)為多少,才能使管內(nèi)外水面一樣高?已知大氣壓P 系數(shù)I=7.3 x 10-2N- m1,水與玻璃的接觸角II.解:設(shè)管橫面積為S如圖,由玻義耳定律oLS=p(L H)S2a聯(lián)立解得,管插入水面下的長(zhǎng)度i(l=2.52-2x 10 m讀數(shù)為 p = 0.950 X 105N- m-2.8-10 將一充滿水銀的氣壓計(jì)下端浸在一個(gè)廣闊的盛水銀的容器中,(1) 求水銀柱高度.d = 2.0 X 10-3m,接觸角 7 =:(,(2) 考慮到毛細(xì)現(xiàn)象后,真正的大氣壓強(qiáng)多大?已知毛細(xì)管的直徑 水銀的表面張力系數(shù)二=0.49N m-1.(3)若允許誤差求毛細(xì)管直徑所能允許的極小值.解:0.950x105x7&二 71 珈飯1)所以:H=713mm(2)如圖,pB-pA=PgH而 P B=P0,由于,均帶入(1)式解得,真正的大氣壓強(qiáng)po 二號(hào)+Pa-12QmmHg如二 0.001m in4a0.001pQ(3) 相對(duì)誤差Po毛細(xì)管直徑所能允許的極小值為=2.042X 10 m8-11一均勻玻璃管的內(nèi)徑為 d=4.0 X 10-4m,長(zhǎng)為L(zhǎng) 0= 0.20m,水平地浸在水銀中
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