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 鉛直插入水中的平行壓克力板(如上圖), 接近壓克力板的水面會因毛細現象而上升高度為 ,設平行板長 ,水的表面張力為 ,水和板面的角度 ,水密度(Density)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! 下圖中軸為兩壓克力板的夾邊。 兩壓克力板上兩點距軸均為 ,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 因此,得到 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