
目的
毛細現象(Capillarity)觀察
實驗
實驗裝置:將兩壓克力板夾一很小的角度接合,並注入水觀察表面張力(Surface Tension)和兩板間距的關係。
1.實驗全景圖:
2.區域放大圖:
原理思考
為什麼水表面不是平的呢?
因作用於鉛直面上的表面張力大小不同,所拉起水的高度也不同,但液面所形成的弧線是否為常見的二次曲線?是拋物線(Parabola)?是雙曲線(Hyperbola)?還是其它高次方曲線?
在討論這現象前,先考慮簡單的表面張力實驗:兩片相距 接近壓克力板的水面會因毛細現象而上升高度為 因為毛細現象使水面上升,故被拉起的水重會等於鉛直方向的表面張力 因此 可得水上升的高度 回到這個有趣的現象來! 下圖中 兩壓克力板上 因此,得到 鉛直插入水中的平行壓克力板(如上圖),
,設平行板長
,水的表面張力為
,水和板面的角度
,水密度(Density)為
軸為兩壓克力板的夾邊。
兩點距
軸均為
,其中
間距為
。因
甚小,故
近似為
,把上述問題應用到此處,
式中的
取為平均厚度
,高度
則為
,於是
式可改寫為
等於常數,故液面為雙曲線
討論
1.若水換成水銀(Mercury, 汞),此時的液面是否仍為雙曲線?
2.若此實驗在加速座標(Accelerated frame)下(例:自由下落),水面仍還是雙曲線嗎?
3.若在水中加入清潔劑(界面活性劑Surface-active Agent),結果會變如何?
4.若將壓克力板置換為一乾淨玻璃,會有何種結果?
關於實驗
1.角度不宜過大,否則不易觀察此現象。
2.使用染劑效果更佳。
參考資料
“PHYSICS普通物理", 第二版, 東華, 民95, 台北 余建治, 陳家駒, 閔振發, 褚德三, 蔣亨水, 蔡尚芳
製作
v.1 黃時霖
指導老師
朱慶琪
撰稿
黃時霖、朱慶琪