Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости по методу открывания кольца

Если металлическое кольцо, подвешенное к пружине, привести в соприкосновение с поверхностью жидкости, а затем начать поднимать его (или опускать сосуд с жидкостью), то можно видеть, что кольцо как бы прилипает к поверхности и, поднимаясь над жидкостью, поднимает за собой и её поверхность.

Чтобы отделить кольцо от поверхности жидкости, надо приложить некоторую силу, которая должна превзойти вес тела и силу поверхностного натяжения, действующую на всю длину контура кольца. Если обозначить вес кольца через Р, коэффициент поверхностного натяжения через a, угол между боковой поверхностью кольца и плоскостью, касательной к поверхности жидкости (краевой угол) через j и натяжение пружины в момент отрыва через F, то уравнение равновесия будет
,                 (1)
где и - внутренний и внешний диаметры кольца.
Если принять, что жидкость абсолютно смачивает материал, из которого сделано кольцо, то есть краевой угол   j =0, то
,
откуда
.                                (2)
Таким образом, для определения a, по методу отрывания надо измерить величины F-Р,,.

Выполнение работы

Прибор для определения коэффициента поверхностного натяжения описанным методом - весы Жолли состоят из спиральной пружины АВ, конец которой А закреплен неподвижно на штативе, а к концу В привешены кольцо и алюминиевая чашечка с указателем, скользящим по шкале и отмечающим растяжение пружины.

Исследуемая жидкость наливается в сосуд, который вместе с полочкой может перемещаться вдоль штатива.
Полочку с жидкостью поднимают до тех пор, пока между нижним краем кольца и поверхностью жидкости не окажется просвет около 0,5 см, и убеждаются в параллельности края кольца поверхности жидкости. Поднимают полочку с сосудом, в который налита жидкость, и приводят её в соприкосновение с кольцом. Выждав, пока колебания весов прекратятся, замечают начальное положение кольца D по зеркальной шкале. Затем медленно опускают полочку с сосудом, все время следя за положением кольца. Замечают положение кольца в момент отрыва.

Измерения производят несколько раз и берут среднее значение . На основании закона Гука
. (3)
Для определения коэффициента k растягивают пружину весов известным грузом . Заметив положение кольца D до того, как груз был положен и, после того, находят, , откуда . Подставляя k в формулу (3), получим разность
.
Диаметры кольца измеряют штангенциркулем. Подставляя значения F-P , и формулу (2), подсчитывают значение a.