Một số thí nghiệm với quả bóng rỗng trong suốt

25

P. Kanaev

Một số thí nghiệm với quả bóng rỗng chứa đầy không khí

Các cửa hàng bán đồ thể thao bán một món đồ đơn giản dành cho người câu cá - một “quả nặng nổi”. Đây là một quả bóng nhựa rỗng có hai tai và một lỗ nhỏ, hơi thon dài (Hình 1). Với nó, bạn có thể thử nghiệm một số thí nghiệm vật lý thú vị.

Trước khi bắt đầu thí nghiệm, hãy tìm hiểu cách nhanh chóng đổ đầy nước (hoặc một số chất lỏng khác) vào quả bóng bay. Một ống tiêm không có kim hoặc bóng đèn cao su, trong đó có một ống rỗng từ bút bi được lắp vào, có thể giúp bạn điều này.

1. Hòa tan một vài tinh thể thuốc tím (kali permanganat) trong một lượng nhỏ nước nóng cho đến khi thu được dung dịch có màu đỏ thẫm. Đổ đầy dung dịch này vào quả bóng và hạ nó theo sợi chỉ vào bình thủy tinh chứa nước ở nhiệt độ phòng. (Để ổn định quả bóng, hãy buộc một vật nặng nhỏ vào tai dưới của nó.)

Ngay lập tức, một tia màu có đường kính bằng đường kính của lỗ bắt đầu bay lên từ lỗ (Hình 2). Dòng tia chạm tới “trần nhà” (lớp bề mặt), từ đó các dòng nước tách biệt chảy xuống. Quá trình này tiếp tục trong một thời gian khá dài.

Một số kinh nghiệm tầm nhìn. Chuẩn bị dung dịch thuốc tím ở nhiệt độ phòng và nhúng quả bóng vào nước ở cùng nhiệt độ - sẽ không có dòng màu nào xuất hiện từ lỗ.

Bây giờ, thêm một vài giọt rượu etylic vào dung dịch và lặp lại thí nghiệm - dòng màu chảy lên trên và khô trong một thời gian dài.

Tại sao tia màu xuất hiện trong trường hợp đầu tiên và trường hợp cuối cùng mà không xuất hiện trong trường hợp thứ hai?

Lý do của mọi thứ là sự chuyển động của các phân tử. Trong thí nghiệm đầu tiên, tốc độ chuyển động của các phân tử chất lỏng nóng lớn hơn tốc độ chuyển động của các phân tử nước lạnh trong bình - dòng nước ấm dâng lên. Trong thí nghiệm thứ hai, nhiệt độ của dung dịch và nước là như nhau, tốc độ chuyển động của các phân tử cũng như nhau. Ở thí nghiệm thứ ba, nhiệt độ cũng như nhau nhưng chuyển động của các phân tử rượu mạnh hơn, nhờ đó dung dịch bị đẩy ra khỏi lỗ.

2. Đổ đầy nước vào quả bóng bay. Sau đó dùng pipet để loại bỏ một ít nước (đầy khoảng ba pipet) và thêm cùng một lượng rượu etylic. Sau đó, che câu trả lời bằng nhựa.

Sau khoảng 20 phút, một bong bóng khí có kích thước bằng hạt đậu sẽ xuất hiện trên đầu quả bóng.

Nếu thay rượu etylic bằng dung dịch axit boric hoặc axit axetic,

26

slot, kết quả sẽ giống nhau.
Nếu cơ thể được thay thế bằng glycerin, bong bóng sẽ không xuất hiện.

Làm thế nào điều này có thể có nghĩa vụ?

Lý thuyết động học phân tử dạy rằng có những khoảng trống giữa các phân tử. Khi trộn nước với rượu, thể tích của hỗn hợp nhỏ hơn tổng thể tích của nước và rượu riêng biệt; Kết quả là một bong bóng xuất hiện. Điều tương tự cũng xảy ra trong hỗn hợp nước với axit boric hoặc axetic, nhưng trong hỗn hợp với glycerol, skatium không xảy ra (rõ ràng, trong trường hợp này, khoảng trống giữa các phân tử không được lấp đầy).

3. Lấy quả bóng và chạm vào mặt nước bằng các cạnh của lỗ. Lỗ sẽ được bao phủ bởi màng, nhưng sau 30-40 giây màng sẽ vỡ ra (bạn sẽ nghe thấy tiếng click nhẹ) và một giọt nước sẽ hình thành bên trong quả bóng ở mép lỗ.

Một lần nữa, siết chặt lỗ của quả bóng bằng màng, nhưng bây giờ dùng kim đâm vào giữa màng. Bộ phim vẫn còn nguyên vẹn trong một thời gian rất dài.

Tại sao màng lại tồn tại rất ngắn ở lớp đầu tiên và bền ở lớp thứ hai?

Thực tế là màng nước hình thành trên lỗ chỉ ở rìa hơn là ở giữa (do bị ướt). Do đó, nếu mặt phẳng của màng không hoàn toàn nằm ngang (điều này rất có thể xảy ra), nước sẽ dịch chuyển dọc theo độ dốc và màng sẽ mỏng đi. Đến một lúc nào đó màng sẽ vỡ ra và nước sẽ tích tụ lại thành từng giọt.

Độ bền của màng ở lớp thứ hai được giải thích là do kim được làm ướt tốt bằng nước và nước được hút từ các mép đến điểm tiếp xúc với kim. Bộ phim chỉ trở nên mạnh mẽ hơn.

4. Chuẩn bị hai lọ thủy tinh, mỗi lọ có dung tích 0,5 lít. Đổ đầy nước ở nhiệt độ phòng vào cả hai lọ. Nhỏ một ít dầu gội pha loãng trong nước (tỷ lệ 1:4) vào một trong số chúng từ pipet.

Đổ đầy nước sạch vào quả bóng và cẩn thận hạ nó vào lọ dung dịch dầu gội. Quả bóng sẽ ngay lập tức chìm xuống đáy.

Bạn có thể đặt bề mặt của quả bóng dưới vòi nước và cẩn thận hạ nó vào bình nước sạch. Gần như ngâm hoàn toàn trong nước, quả bóng không chìm, mặc dù lực hấp dẫn hơi vượt quá lực nổi.

Tại sao quả cầu nước chìm ở lớp này mà không chìm ở lớp khác? Quả bóng có chìm trong đường hòa tan yếu trong nước không?

Hóa ra mọi thứ đều phụ thuộc vào sức căng bề mặt của chất lỏng và vào việc chất lỏng này có làm ướt bề mặt quả bóng hay không. Do đó, hệ số căng bề mặt của nước tinh khiết lớn gần gấp đôi so với dung dịch xà phòng và nhựa ít bị ướt bởi nước. Vì vậy quả bóng không chìm trong nước.

Đường cũng sẽ làm tăng sức căng bề mặt của nước, do đó trong dung dịch đường yếu quả bóng cũng không chìm.

5. Lấy một sợi dây có đường kính 2-3 mm và chiều dài khoảng một mét. Giũa một đầu của dây và chèn nó theo một góc vuông vào mắt của quả bóng gần lỗ nhất. Từ từ hạ quả bóng vào bể hoặc xô nước và từ từ nhấc nó lên mặt nước. Bạn sẽ thấy khi nhấc quả bóng lên, bọt khí sẽ bay ra khỏi lỗ của nó. Bóng chìm càng sâu thì bong bóng bay ra càng nhiều.

Làm thế nào để đảm bảo sự hình thành và tách bọt khí khi nâng bóng?

Khi quả bóng hạ xuống, không khí bên trong nó bị loại bỏ và một lượng nước nhất định đi vào quả bóng. Khi nó tăng lên, áp suất bên ngoài giảm, không khí trong quả bóng nở ra và bong bóng hình thành ở mép lỗ. Kích thước của bong bóng tăng dần và cổ tử cung được hình thành, khô đi. Trong trường hợp này, lực nổi hướng lên trên tăng lên và lực của bề mặt căng giữ bong bóng giảm đi. Đến một thời điểm nào đó, các lực này cân bằng, bong bóng vỡ ra và có dạng hình cầu.