Вимірювання сили відриву диска від рідини в умовах дистанційного навчання
Дата
2022
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
СумДПУ імені А. С. Макаренка
Анотація
Розглянуто методику проведення дистанційної лабораторної
роботи з фізики, яка використовує саморобну дослідницьку
установку для визначення функціональної залежності сили відриву
диску, який дотикається до рідини плоскою поверхнею, від величини
площі диску та його периметру.
Формулювання проблеми. Рівняння Юнга зв'язує кут змочування
𝜃 і коефіцієнти поверхневого натягу 𝜎 на межі середовищ. З цього
рівняння випливає, що макроскопічний параметр 𝜃 не залежать від
властивостей молекул, а уявлення про силове поле між молекулами
враховується тільки на лінії їх розмежування. Тому студенти
роблять помилковий висновок, що сили міжмолекулярної взаємодії
діють тільки на лінії розмежування середовищ. Отже, виконання
лабораторної роботи за вищенаведеною тематикою вирішує цю
проблему.
Матеріали і методи. Поставлена мета: визначення
функціональної залежності сили відриву диску, який доторкається до
рідини плоскою поверхнею, від величини площі диску, наявності в
ньому отворів та його периметру – вирішувалася за допомогою
розробленої дослідницької установки. Для вимірювання величини
сили відриву використовувався метод важеля.
Результати. Залежність сили відриву від периметра диска (лінії
розмежування рідини і твердого тіла) виявилася нелінійною і прямо
пропорційною змоченої площі. Коефіцієнт пропорційності склав
величину 𝛽 ≈ 40 Н / м2.
Висновки. 1) Сила відриву диска від поверхні води непропорційна
периметру диску. Це доводить той факт, що поверхневий натяг
рідини як особлива реально діюча сила себе у цьому досліді не
проявляє. 2) Незмінність величини сили відриву одного і того ж диска
при збільшенні кількості виконаних в ньому отворів і залежність
сили відриву тільки від площі поверхні цільного диска доводить той
факт, що в утриманні диска беруть участь всі молекули, що
знаходяться в контактному шарі диска і рідини.
The method of remote laboratory work in physics is considered, which uses a self-made research installation to determine the functional dependence of the force of separation of the disk that touches the liquid with a flat surface, from the size of the disk area and its perimeter. Formulation of the problem. Jung's equation connects the wetting angle 𝜃 and the coefficients of surface tension 𝜎 at the limit of the environments. It follows from this equation that the macroscopic parameter 𝜃 does not depend on the properties of molecules, and the idea of the force field between molecules is taken into account only on the line of their delimitation. Therefore, students erroneously conclude that the intermolecular force act only on the line of delimitation of environments. Thus, the implementation of laboratory work on the above topics solves this problem. Materials and methods. The goal: to determine the functional dependence of the separation force of the disk that touches the liquid with a flat surface from the size of the disk area, the presence of holes in it, and its perimeter - was solved by using a developed research installation. To measure the value of the separation force the lever method was used. Results. The dependence of the separation force from the perimeter of the disk (the line between the liquid and solid) was nonlinear and directly proportional to the wetted area. The coefficient of proportionality was 𝛽 ≈ 40 N / m2. Conclusions. 1) The force of separation of the disk from the water surface is disproportionate to the perimeter of the disk. This proves the fact that the surface tension of the fluid as a special real acting force does not express itself in this experiment. 2) The invariance of the value of the separation force of the same disk with an increasing number of holes made in it and the dependence of the separation force only on the surface area of the entire disk proves the fact that all the molecules contained in the contact layer of disk and liquid take part in holding the disk.
The method of remote laboratory work in physics is considered, which uses a self-made research installation to determine the functional dependence of the force of separation of the disk that touches the liquid with a flat surface, from the size of the disk area and its perimeter. Formulation of the problem. Jung's equation connects the wetting angle 𝜃 and the coefficients of surface tension 𝜎 at the limit of the environments. It follows from this equation that the macroscopic parameter 𝜃 does not depend on the properties of molecules, and the idea of the force field between molecules is taken into account only on the line of their delimitation. Therefore, students erroneously conclude that the intermolecular force act only on the line of delimitation of environments. Thus, the implementation of laboratory work on the above topics solves this problem. Materials and methods. The goal: to determine the functional dependence of the separation force of the disk that touches the liquid with a flat surface from the size of the disk area, the presence of holes in it, and its perimeter - was solved by using a developed research installation. To measure the value of the separation force the lever method was used. Results. The dependence of the separation force from the perimeter of the disk (the line between the liquid and solid) was nonlinear and directly proportional to the wetted area. The coefficient of proportionality was 𝛽 ≈ 40 N / m2. Conclusions. 1) The force of separation of the disk from the water surface is disproportionate to the perimeter of the disk. This proves the fact that the surface tension of the fluid as a special real acting force does not express itself in this experiment. 2) The invariance of the value of the separation force of the same disk with an increasing number of holes made in it and the dependence of the separation force only on the surface area of the entire disk proves the fact that all the molecules contained in the contact layer of disk and liquid take part in holding the disk.
Опис
Ключові слова
дистанційне навчання, лабораторна робота, поверхневий натяг, сила відриву, distance learning, laboratory work, surface tension, separation force
Бібліографічний опис
Здещиц В. Вимірювання сили відриву диска від рідини в умовах дистанційного навчання [Текст] / В. Здещиц, А. Здещиц, А. Черних // Фізико-математична освіта : науковий журнал / Міністерство освіти і науки України, Сумський державний педагогічний університет імені А. С. Макаренка, Фізико-математичний факультет ; [редкол.: М. П. Вовк, М. Гр. Воскоглу, Т. Г. Дерека та ін.]. – Суми : [СумДПУ імені А. С. Макаренка], 2022. – Вип. 1 (33). – С. 7–13. – DOI: 10.31110/2413-1571-2022-033-1-001