Пример выполнения триз-задания 30

Установка для измерения поверхностного натяжения (рис. 87) состоит из сосуда 1 с водой 2, в которую погружают проволочную петлю 3 длиной L. К петле 3 подсоединяется миллидинамометр 4. Затем сосуд плавно опускают вниз. В момент разрыва плёнки воды миллидинамометр показывает максимальную силу F, равную силе поверхностного натяжения, действующей по двум границам смачивания горизонтального участка проволочной петли. По формуле s = F /(2 L) вычисляется коэффициент поверхностного натяжения.

Свернём (упростим) измерительную установку. Рабочим органом является горизонтальный участок проволочной петли. Именно он осуществляет взаимодействие с водой. Значит, оставляем только горизонтальную проволоку. Как же теперь измерить усилие отрыва проволоки от воды? Кусок горизонтальной проволоки похож на коромысло рычажных весов. Исследуемая жидкость всегда наливается в какой-то сосуд. А у стенки сосуда всегда есть край. Значит, можно использовать край сосуда как точку равновесия коромысла весов. Остается найти гири для весов. Гирями может быть и само «коромысло» – горизонтальная проволока, если её перемещать относительно точки равновесия – края сосуда. Итак, измерительная установка (рис. 87) свернулась в кусок проволоки 5 (рис. 88), который выполняет 3 функции: он является коромыслом весов, гирями и аналогом проволочной петли.

Измерения теперь проводятся следующим образом (рис. 88). В сосуд 1 наливается вода 2 на 1–1,5 мм ниже уровня края сосуда и опускается часть проволоки 5 для смачивания водой. Затем проволока в горизонтальном положении выдвигается из сосуда, опираясь на его край. В момент разрыва водяной плёнки линейкой измеряются длины частей проволоки относительно точки равновесия. Затем составляется и решается уравнение для моментов сил тяжести и поверхностного натяжения.