Skleněné destičky ponořené ve vodě, aneb kapilární vzlínavost na klínu

Pokus číslo: 1956

  • Cíl pokusu

    Experimentem předvedeme, jak závisí výška, do které vystoupá voda při kapilární elevaci, na průměru kapiláry (vzdálenosti sklíček) a jaký tvar zaujme hladina vody v případě klínové vrstvy.

  • Teorie

    Představme si, že mezi dvěma sklíčky, která svírají malý úhel, je umístěno mnoho kapilár, jejich vnitřní poloměr r se zvětšuje s rostoucí vzdáleností od místa dotyku sklíček.

    Obr. 1: Myšlené kapiláry mezi sklíčky

    Výšku hladiny kapaliny v kapiláře h určíme ze vztahu

    \[h = \frac{2σ}{rρg},\tag{1}\]

    kde σ značí povrchové napětí, r je vnitřní poloměr kapiláry a ρ je hustota kapaliny. Ze vztahu (1) vyplývá, že výška hladiny v kapiláře je nepřímo úměrná poloměru kapiláry. S rostoucí vzdáleností od místa dotyku sklíček x se bude poloměr myšlených kapilár zvětšovat a hladina vody tedy bude klesat.

    Výšku hladiny mezi sklíčky lze popsat vztahem

    \[h = \frac{1}{x}·\frac{2σ}{ρgsin\frac{ε}{2}}.\tag{2}\]

    Na následujícím grafu je vykreslena křivka, která teoreticky odpovídá výšce hladiny vody mezi sklíčky v závislosti na vzdálenosti od místa dotyku sklíček (2).

    Graf

    Odvození závislosti poloměru myšlených kapilár na vzdálenosti od styčné hrany destiček a závislosti výšky, do které vystoupí voda, na poloměru kapiláry, najdete v úloze Skleněné destičky ve vodě.

  • Pomůcky

    • dvě tenké skleněné destičky

    • nádoba na vodu (nejlépe skleněná s rovným dnem)

    • voda

    • potravinářské barvivo

    • párátko nebo jiný tenký předmět

    • gumička

    Obr. 2: Pomůcky
  • Postup

    1. Nalijeme vodu do nádoby (přibližně do výšky 1 cm) a obarvíme ji potravinářským barvivem.

    2. Skleněné destičky odmastíme. Na jedné straně destičky pevně přitiskneme k sobě, na druhé straně mezi ně dáme párátko nebo jiný tenký předmět. Destičky pak můžeme stáhnout gumičkou a vložit do vody.

    3. Pozorujeme, jak vysoko vystoupá voda mezi destičkami v závislosti na vzdálenosti od místa, kde jsou pevně stisknuty u sebe.

  • Vzorový výsledek

    Obr. 3: Sklíčka v nádobě s obarvenou vodou
    Obr. 4: Obarvená voda mezi sklíčky
  • Technické poznámky

    • Sklíčka můžeme po chvíli vyndat z misky a obarvená voda bude díky přilnavosti stále držet mezi nimi.

Typ pokusu: kvalitativní
Věková skupina: od střední školy
Potřebné vybavení: proveditelné s pomůckami, které se na školách obvykle vyskytují
Čas přípravy pokusu: do 3 minut
Čas provedení pokusu: do 3 minut
Původní zdroj: Svoboda, E. a kol.: Pokusy z fyziky na střední škole 2. Prometheus,
Praha 1997
×Původní zdroj: Svoboda, E. a kol.: Pokusy z fyziky na střední škole 2. Prometheus, Praha 1997