|
Поведение капли тяжелой жидкости на поверхности менее плотной Пермский государственный университет Научный руководитель: Мизёв Алексей Иванович, к.ф.-м.н Работа посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию поведения капли тяжелой жидкости на поверхности менее плотной. Теоретически задача была решена в [1], где были найдены равновесные формы капли. Однако некоторые из полученных форм не реализуемы в эксперименте, что дало возможность предположить, что не все параметры задачи были учтены, а именно необходимо учесть еще линейное натяжение линии контакта трех сред. Целью данной работы является сравнение полученных экспериментально равновесных форм капель с теоретическими результатами. Пусть на поверхности жидкости, заполняющей нижнее полупространство , находится капля более плотной жидкости. В данной постановке, возможны следующие ситуации: капиллярные силы уравновешивают массовые (гравитационные силы) – условие плавания капли; массовые силы превышают капиллярные – капля схлапывается и тонет.В качестве исследуемой пары жидкости были выбраны насыщенные анилин и вода. При насыщении плотности жидкостей изменяются мало, а поверхностные натяжения изменяются значительно. Стабилизировать этот параметр от опыта к опыту пока не представляется возможным, поэтому перед началом эксперимента поверхностные натяжения измерялись с помощью метода висящей капли [2]. Внешняя жидкость – вода , помещалась в плоскопараллельную кювету размером 75х75х75 мм. Далее на свободную поверхность шприцом помещался анилин. Масса капель измерялась методом счета капель. Далее на инструментальном микроскопе измерялся диаметр линии контакта трех сред (диаметр капли). Профиль верхней поверхности был измерен с помощью метода сканирующей щели (метод исследования поверхностей малой кривизны). Нижняя поверхность капли снималась на видеокамеру, изображение выводилось на ПК с последующей оцифровкой. Теоретически задача решалась минимизацией свободной поверхностной и объемной энергии капли. Нижняя и верхняя поверхности представляются сферическими сегментами. Были рассмотрены два варианта: с учетом и без учета энергии, связанной с линейным натяжением линии контакта трех сред, вклад которой пропорционален кривизне контактной линии. Полученные экспериментальные данные, а именно зависимость диаметра линии контакта трех сред от массы капли хорошо согласуются с теорией, в которой не учтено линейное натяжение линии контакта. По-видимому, этот эффект очень тонкий и проявляется на каплях значительно меньших, чем исследованные в данной работе, отсюда возникает необходимость изучения капель меньших масс .Поскольку измерение масс малых капель сопряжено с большой погрешностью, была выбрана другая пара произвольных параметров: диаметр линии контакта трех сред и высота нижнего сегмента капли. Эксперименты, использующие данную методику, проводятся в настоящее время. Полученные в данной работе результаты показывают, что для капель больших масс нет необходимости вводить в рассмотрение линейное натяжение. Поэтому, с точки зрения проверки теории, изучение малых капель представляет наибольший интерес. Литература:
|
| (c) АСФ России, 2001 |