Teil 4, 2. ¨Ubungsstunde 4.2.1. Ein Fl¨ussigkeitstropfen wird in einem Drahtb¨ugel (L¨ange

Ubungen Physik, FF2 ¨ SS 2015

Teil 4, 2. ¨ Ubungsstunde

4.2.1. Ein Fl¨ ussigkeitstropfen wird in einem Drahtb¨ ugel (L¨ ange L = 1 cm) durch ein kleines Ge- wicht (m

= 5 g) zu einer rechteckigen Fl¨ ussigkeitsschicht mit zwei Begrenzungsh¨ auten ausdehnt (∆s = 8 mm).

a) Bestimmen Sie die Oberfl¨ achenspannung! In welcher Einheit wird sie angegeben?

b) Wie viel Energie ist auf der Oberfl¨ ache gespeichert?

c) Warum h¨ angt die Kraft F nicht von ∆s ab?

4.2.2. Ein (fast) kugelf¨ ormiger Tropfen einer Fl¨ ussigkeit (Radius r = 2 mm, Dichte ρ = 800 kg/m

) h¨ angt – wie abgebildet – an einer zylinderf¨ ormigen Fl¨ ussigkeitshaut.

a) Bestimmen Sie die Oberfl¨ achenspannung!

b) Wie viel Energie ist auf der Zylinderhaut gespeichert, wenn die “H¨ ohe” des Zylinders 5 mm betr¨ agt?

4.2.3. a) Vergleichen Sie die Kr¨ afte zwischen einem Teilchen und seinen Nachbarteilchen: im Inneren einer Fl¨ ussigkeit und an der Oberfl¨ ache!

b) Vergleichen Sie den Teilchenabstand und die Teilchendichte im Inneren und an der Oberfl¨ ache einer Fl¨ ussigkeit!

4.2.4. Das Ende eines Insektenbeins kann n¨ aherungsweise durch eine Kugel mit dem Radius r = 2 ·10

m beschrieben werden. Wir nehmen an, dass die “Kugel” bis zur H¨ alfte ins Wasser taucht. Die Masse des Insekts wird gleichm¨ aßig verteilt von den sechs Beinen getragen. Die Oberfl¨ achenspannung von Wasser (bei 20

C) betr¨ agt σ = 0, 072 N/m.

Wie groß kann die Masse des Insekts sein, sodass es noch vom Wasser getragen wird?

4.2.5. An einem zylindrischen Rohr bildet sich ein Tropfen Fl¨ ussigkeit. Welche Aussagen sind richtig?

a) Der Tropfen reißt ab, wenn die Gewichtskraft F

des Tropfens gleich der Kraft F ist, die an der Ab- reißstelle aufgrund der Oberfl¨ achenspannung entsteht.

b) Der Tropfen reißt ab, wenn die Gewichtskraft F

des Tropfens gleich dem Auftrieb ist.

c) Der Tropfen reißt ab, wenn die Gewichtskraft F

des Tropfens gleich der Oberfl¨ achenspannung ist.

d) Der Tropfen reißt ab, wenn die Gewichtskraft F

des Tropfens gleich der Oberfl¨ achenspannung mal dem Umfang an der Abreißstelle ist.

4.2.6. Die Abbildung zeigt zwei Fl¨ ussigkeitstropfen auf einer Glasplatte im Vakuum.

Die Tropfen haben eine Oberfl¨ ache und eine Grenzfl¨ ache.

Sind die folgenden Aussagen richtig oder falsch? Korrigieren Sie die falschen Aussagen!

a) Der linke Tropfen besteht aus einer benetzenden Fl¨ ussigkeit!

b) Bei benetzenden Fl¨ ussigkeiten ist die Grenzfl¨ ache m¨ oglichst groß, die Oberfl¨ ache m¨ oglichst klein.

c) Bei nicht-benetzenden Fl¨ ussigkeiten ist die Grenzfl¨ ache m¨ oglichst klein, die Oberfl¨ ache m¨ oglichst groß.

d) Bei nicht-benetzenden Fl¨ ussigkeiten ist die Grenzfl¨ ache m¨ oglichst groß, die Oberfl¨ ache m¨ oglichst groß.

4.2.7. a) Was ist der Unterschied zwischen Oberfl¨ achenspannung und Grenzfl¨ achenspannung?

b) Vergleichen Sie Koh¨ asion und Adh¨ asion bei benetzenden und nicht-benetzenden Fl¨ ussigkeiten!

c) Bei welcher Art von Fl¨ ussigkeit ist die Teilchendichte an der Grenzfl¨ ache h¨ oher als im Inneren?

4.2.8. In die horizontale Oberfl¨ ache einer Fl¨ ussigkeit (ρ = 2000 [Einheiten]) wird ein d¨ unnes vertikales Kapillar- rohr (Radius r = 3mm) getaucht. Die Grenzfl¨ achenspannung betr¨ agt σ

= +0, 5 [Einheiten].

a) In welchen Einheiten werden die Dichte und die Grenzfl¨ achenspannung angegeben?

b) Steigt die Fl¨ ussigkeit im Rohr nach oben oder wird sie nach unten gedr¨ uckt? Handelt es sich dabei um eine benetzende oder eine nicht benetzende Fl¨ ussigkeit?

c) Wie weit steigt oder f¨ allt die Fl¨ ussigkeit im Rohr?

4.2.9. Sie haben zwei Kapillarrohre mit einem Querschnitt von je A = 3, 14 mm

. In einem Rohr befindet sich eine benetzende Fl¨ ussigkeit, im anderen Rohr ist eine nicht-benetzende Fl¨ ussigkeit. Die Grenzfl¨ achenspannung beider Fl¨ ussigkeiten betr¨ agt |σ

| = 0, 01 [Einheiten] und die Dichte betr¨ agt ρ = 2000 [Einheiten].

a) In welchen Einheiten werden die Dichte und die Grenzfl¨ achenspannung angegeben?

b) Wie hoch steigen bzw. sinken die Fl¨ ussigkeiten im Kapillarrohr?

4.2.10. a) Sie haben ein Rohr mit einem Durchmesser von 80 mm. Auf welchen Durchmesser muß das Rohr ver- engt werden, damit sich die Str¨ omungsgeschwindigkeit verdoppelt?

b) Warum wird ein nach unten fließender Wasserstrahl nach unten hin immer d¨ unner?