Công thức tính lực căng bề mặt (hay, chi tiết)

---

---

Bài viết Công thức tính lực căng bề mặt hay, chi tiết Vật Lí lớp 10 hay nhất gồm 4 phần: Định nghĩa, Công thức, Kiến thức mở rộng và Bài tập minh họa áp dụng công thức trong bài có lời giải chi tiết giúp học sinh dễ học, dễ nhớ Công thức tính lực căng bề mặt hay, chi tiết.

1. Khái niệm

- Hiện tượng căng bề mặt chất lỏng là hiện tượng xảy ra tại bề mặt của chất lỏng, tại đó xuất hiện lực căng bề mặt của chất lỏng có xu hướng giữ cho diện tích của bề mặt chất lỏng là nhỏ nhất có thể.

- Lực căng bề mặt là lực tác dụng lên một đoạn đường nhỏ bất kì trên bề mặt chất lỏng luôn có phương vuông góc với đoạn đường này và tiếp tuyến với bề mặt chất lỏng, có chiều làm giảm diện tích bề mặt chất lỏng và có độ lớn f tỉ lệ thuận với độ dài l của đoạn đường đó.

Sự hình thành lực căng bề mặt chất lỏng là do lực tương tác giữa các phân tử chất lỏng. Đối với các phân tử chất lỏng ở bề mặt, do các phân tử chất lỏng xung quanh ít nên lực liên kết giữa các phân tử chất lỏng không bị chia quá nhỏ cho các phân tử xung quanh, từ đó hình thành nên lực căng bề mặt của chất lỏng giữ cho mặt chất lỏng luôn “căng”.

2. Công thức

f =  σ.l 

Trong đó: f là lực căng bề mặt chất lỏng (N)

l là độ dài đường giới hạn của chất lỏng (m)

σ là hệ số căng bề mặt của chất lỏng(N/m).

Hệ số  phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ của chất lỏng:  giảm khi nhiệt độ tăng.

3. Kiến thức mở rộng

- Từ công thức trên, ta có thể tính:

- Hệ số căng bề mặt của một số chất lỏng:

- Nhờ có lực căng mặt ngoài nên nước mưa không thể lọt qua các lổ nhỏ giữa các sợi vải căng trên ô dù hoặc trên các mui bạt ôtô.

- Hoà tan xà phòng vào nước sẽ làm giảm đáng kể lực căng mặt ngoài của nước, nên nước xà phòng dễ thấm vào các sợi vải khi giặt để làm sạch các sợi vải, ...

- Xác định hệ số căng và lực căng bề mặt bằng lực kế:

+ Nhúng đáy vòng chạm vào mặt chất lỏng, rồi kéo lên mặt thoáng. Khi đáy vòng vừa được nâng lên trên mặt thoáng, nó không bị bứt ngay ra khỏi chất lỏng: một màng chất lỏng xuất hiện, bám quanh chu vi ngoài và chu vi trong của vòng, có khuynh hướng kéo vòng vào chất lỏng. Lực Fc do màng chất lỏng tác dụng vào vòng đúng bằng tổng lực căng bề mặt của chất lỏng tác dụng lên chu vi ngoài và chu vi trong của vòng.

+ Do vòng bị chất lỏng dính ướt hoàn toàn, nên khi kéo vòng lên khỏi mặt thoáng và có một màng chất lỏng căng giữa đáy vòng và mặt thoáng, thì lực căng Fc có cùng phương chiều với trọng lực P của vòng. Giá trị lực F đo được trên lực kế bằng tổng của hai lực này:

F = F_C + P

=> Đo P và F, ta xác định được độ lớn của lực căng bề mặt F_C tác dụng lên chiếc vòng.

Gọi L₁ và L₂ là chu vi ngoài và chu vi trong của chiếc vòng

       D và d là đường kính ngoài và đường kính trong của vòng

+ Lực căng mặt ngoài tác dụng lên vòng: 

Với d là đường kính của vòng dây, πd là chu vi của vòng dây.

(Vì màng xà phòng có hai mặt trên và dưới phải nhân đôi)

4. Ví dụ minh họa

Bài 1:Cho rượu vào ống nhỏ giọt, đường kính miệng ống 2mm, khối lượng của mỗi giọt rượu là 0,0151g. Lấy g = 10m/s². Sức căng mặt ngoài của rượu là bao nhiêu?

Lời giải

Trọng lượng của giọt rượu bằng lực căng bề mặt:

F_C = P = m.g = 1,51.l0⁻⁴ N

Bải 2: Người ta thả một cọng rơm dài 8cm lên mặt nước và nhỏ vào một bên của cọng rơm dung dịch nước xà phòng. Cho rằng nước xà phòng chi lan ra bên này mà thôi. 

a, Cọng rơm sẽ chuyển động như thế nào? Tại sao?

b, Tính lực tác dụng lên cọng rơm?

Lời giải

a. Cọng rơm chịu tác dụng của hai lực căng mặt ngoài tác dụng ở hai phía.

Khi thả nổi cọng rơm trên mặt nước rồi nhỏ dung dịch xà phòng vào một bên thì cọng rơm chịu tác dụng của hai lực căng bề mặt cùng phương, ngược chiều nhau có độ lớn F₁ = σ₁.l và F₂ = σ₂.l.

Vì hệ số căng bề mặt của nước lớn hơn cọng rơm (σ₁ > σ₂) nên cọng rơm được kéo về phía nước (F₁ > F₂).

Độ lớn của hợp lực tác dụng lên cọng rơm là:

5. Bài tập tự luyện

Bài 1: Một ống mao dẫn dài hở hai đầu, đường kính trong 3 mm được đổ đầy nước và dựng thẳng đứng. Tìm độ cao nước còn lại trong ống. Cho hệ số căng bề mặt của nước là 0,073 N/m và khối lượng riêng của nước là 1000kg/m³.

Bài 2: Để xác định hệ số căng bề mặt của rượu người ta làm như sau: Cho rượu vào cái bình chảy nhỏ giọt ra ngoài theo một ống nhỏ, đường kính miệng ống 4 mm, đặt thẳng đứng. Thời gian giọt này rơi sau giọt kia là 2 s. Sau 65 phút có 100 g rượu chảy ra. Cho g = 10m/s².

Bài 3: Một khung hình chữ nhật ABCD bằng đồng, nằm trong mặt phẳng thẳng đứng, có căng một màng xà phòng. Thanh CD dài 8 cm có thể trượt không ma sát. Cho khối lượng riêng của đồng là 8900kg/m³, hệ số căng bề mặt của xà phòng là 0,04 N/m. Tính đường kính của thanh CD khi nó nằm cân bằng. Lấy g = 10m/s².

Bài 4: Một vòng nhôm có bán kính 7,8 cm và trọng lượng là 6,9.10^-2N tiếp xúc với dung dịch xà phòng. Muốn nâng ra thì cần một lục tối thiểu là bao nhiêu. Cho hệ số căng bề mặt của xà phòng là 0,040 N/m.

Bài 5: Hai ống mao dẫn có đường kính khác nhau được nhúng thẳng đứng vào ê-te, sau đó nhúng vào dầu hỏa. Hiệu số độ cao trong ê-te là 2,4 mm và trong dầu là 3 mm. Cho hệ số căng bề mặt của ê-te là 0,017N/m. Khối lượng riêng của ê-te là 700kg/m³, và của dầu là 800kg/m³. Tính hệ số căng bề mặt của dầu?

Bài 6: Hai tấm kính phẳng giống nhau đặt song song cách nhau 1,5 mm, nhúng thẳng đứng vào nước. Tìm độ cao nước dâng giữa hai tấm kính. Hệ số căng bề mặt 0,0728 N/m, khối lượng riêng nước 10³ kg/m³. Lấy g = 10m/s².

Bài 7: Nhúng khung hình vuông cạnh 8,75 cm vào rượu rồi kéo lên. Cho khối lượng khung là 2 g. Hệ số căng bề mặt của rượu là 0,024 N/m. Tính lực tối thiểu kéo khung. Lấy g = 10m/s².

Bài 8: Một ống thủy tinh hình chữ U, đường kính ống lần lượt là 2 mm và 4 mm. Đổ nước vào ống thấy mực nước chênh lệch 7,3 mm, cho g = 10m/s². Khối lượng riêng của nước là 1000kg/m³.

Bài 9: Cho 3cm³ nước vào ông nhỏ giọt đường kính 1 mm, thấy nhỏ được 120 giọt. Tìm hệ số căng bề mặt của nước, biết khối lượng riêng của nước là 1000kg/m³.

Bài 10: Nhúng thẳng đứng hai ống mao dẫn vào thủy ngân, với đường kính trong là 1 mm và 2 mm. Hệ số căng bề mạt của thủy ngân là 0,47 N/m. Tìm độ chênh lệch ở hai ống lấy g = 10m/s². khối lượng riêng của thủy ngân 13600kg/m³.

Xem thêm các Công thức Vật Lí lớp 10 quan trọng hay khác:

• Công thức tính độ biến dạng tỉ đối hay, chi tiết

• Công thức tính độ cứng của thanh hay, chi tiết

• Công thức tính momen lực hay, chi tiết

• Công thức tính momen ngẫu lực hay, chi tiết

• Quy tắc hợp lực song song cùng chiều hay, chi tiết

---

---

---