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.
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).
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
Postup
Nalijeme vodu do nádoby (přibližně do výšky 1 cm) a obarvíme ji potravinářským barvivem.
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.
Pozorujeme, jak vysoko vystoupá voda mezi destičkami v závislosti na vzdálenosti od místa, kde jsou pevně stisknuty u sebe.
Vzorový výsledek
Technické poznámky
Sklíčka můžeme po chvíli vyndat z misky a obarvená voda bude díky přilnavosti stále držet mezi nimi.
