Лабораторная установка представляет собой тонкую вертикальную трубку (бюретку) с делениями, закрепленную на штативе.
На нижнем конце трубки расположен кран и капилляр. Когда кран открывают, то жидкость начинает медленно вытекать из трубки. У нижнего конца образуются капли, которые, достигая некоторого веса Р (постоянного для одной и той же жидкости при данной температуре), отрываются и падают. Капля отрывается только тогда, когда сила тяжести 
, действующая на нее в момент отрыва, станет равна силе поверхностного натяжения 
, которая удерживает каплю (рис.3). Сила действует по всей длине контура шейки, по которой и происходит отрыв капли. Радиус шейки капли r < R отверстия, из которого вытекает жидкость. Сила поверхностного натяжения равна:
F = a × ℓ, (3)
где a – коэффициент поверхностного натяжения,
ℓ = 2p r (r –радиус шейки капли).
Поэтому
F = 2p r × a (4)
Сила тяжести Р, действующая в момент отрыва на каплю, равна:
Р = mg = r ×V× g (5)
где m = r ×V – масса капли; g – ускорение свободного падения.
Так как капля отрывается при условии F = P, то, подставив их значения из уравнений (3), (5), получим:
2p r a = rV g (6)
Откуда a = 
(7)
рис. 3 Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости по формуле (8) сопряжено с трудностью измерения радиуса шейки капли. Чтобы избежать этого, используют сравнительный способ.
Коэффициент поверхностного натяжения исследуемой жидкости определяется сравнением с известным коэффициентом поверхностного натяжения a0 для эталонной жидкости (дистиллированная вода).
Для эталонной и исследуемой жидкостей можно записать
a0 = 
, a = , (8)
Разделим первое и второе уравнения (8) друг на друга, сократив одинаковые величины, получим:
, (9)
Откуда можно найти расчетную формулу для определения коэффициента поверхностного натяжения объемно-капельным методом:
, (10)
где a0 – коэффициент поверхностного натяжения эталонной жидкости,
ρ, ρ0 – плотности исследуемой и эталонной жидкостей,
V, V0 - объемы N капель исследуемой и эталонной жидкостей.
Из трубки выпускают заданное число капель N сначала одной жидкости, а затем другой. Записывают значения объемов.
Значения плотностей (ρ, ρ0) и коэффициента поверхностного натяжения эталонной жидкости (a0) берутся из справочных таблиц.
Порядок выполнения работы.
1. Укрепить бюретку в штативе. Промыть дистиллированной водой, затем исследуемой жидкостью. Налить в бюретку исследуемую жидкость.
2. По шкале бюретки заметить уровень жидкости (по нижнему мениску).
3. Открыть кран и выпустить N капель исследуемой жидкости. Число N задается преподавателем. По шкале бюретки заметить положение нового уровня.
4. По разности первоначального и конечного уровней определить объем заданного числа капель исследуемой (V).
5. Повторить опыт (пункты 1-3) 3 раза.
6. Найти среднее значение объема исследуемой жидкости (V ср)
7. Аналогично определить объем N капель для эталонной жидкости (V0). Для этого повторяют опыт согласно пунктам 2-5.
8. Найти среднее значение объема эталонной жидкости (V 0 ср)
9. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.
| №п/п | V | DV | V0 | DV0 |
| 1. | ||||
| 2. | ||||
| 3. | ||||
| cр.знач. |
10. Определить среднее значение коэффициента поверхностного натяжения жидкости (αср), для чего в формулу (11) подставить средние значения объемов (V0 ср, Vср).
§ плотность эталонной жидкости: ρ0=1000 кг/м3,
§ коэффициент поверхностного натяжения эталонной жидкости: a0=0,073 Н/м,
§ плотность исследуемой жидкости: ρ=800 кг/м3.
11. Обработка результатов измерений производится как для косвенных измерений:
- находят абсолютные погрешности прямых измерений 
, 
, и их средние значения Δ V р,Δ V0 ср;
- относительная погрешность определяется по формуле:
Е 
,
- абсолютная погрешность косвенных измерений равна: Da ср = Е ∙a ср.
12. Записать окончательный результат в виде:
a= (a ср 
Da ср) 
при Е = …...%
13. Отчет составить по указанию преподавателя.
Контрольные вопросы.
1. Силы межмолекулярного взаимодействия. Зависимость их от расстояния.
2. Явление поверхностного натяжения.
3. Что такое коэффициент поверхностного натяжения? Единицы измерения.
4. От чего и как зависит коэффициент поверхностного натяжения?
5. Вывод расчетной формулы.
6. Какие Вы еще знаете способы определения коэффициент поверхностного натяжения?
Литература.
1. Трофимова Т.И. Курс физики.– М.: Высш.шк., 2001. – §§ 60,66,67.
2. Грабовский Р.И. Курс физики. – СПб.: Лань, 2002. – с. 198-210.
3. Бушок Г.Ф., Венгер Є.Ф. Курс фізики: у 3-х кн. Кн.1. Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика і термодинаміка. – К.: Вища шк., 2002. – §§ 120,121.
Лабораторная работа № 2.5