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MODELLAZIONE
Propulsione basata sul fenomeno della tensione superficiale del liquido. Suggerimenti per un modellista
Elenco / Apparecchiatura di radiocomando Il fenomeno della tensione superficiale del liquido è noto da tempo e con l'invenzione di un nuovo materiale, la nanocellulosa, è stato possibile creare un interessante dispositivo di propulsione per un modello di barca giocattolo. Il numero 24 del 2012 della rivista "Chemical Science" ha pubblicato un articolo che descrive un modello di una barca spinta dall'evaporazione di un tensioattivo. L'alcol è usato come questa sostanza, la cui energia chimica viene convertita in energia meccanica, questa energia mette in moto il modello della barca. Evaporando, l'alcool penetra nella membrana (scafo della barca a tenuta di liquido in nanocellulosa), che porta a una diminuzione della tensione superficiale dell'acqua a poppa. A causa della differenza di tensione superficiale dell'acqua davanti e dietro la barca, si sposta in avanti.
È interessante notare che un motore simile è stato descritto nel libro "Esperimenti divertenti in fisica" (L.A. Gorev, 1985). Ritaglia un piatto di cartone, la cui forma è mostrata in figura, e abbassalo sulla superficie dell'acqua versata in un bagno di vetro di dimensioni sufficientemente grandi, ad esempio 35 cm di diametro e 10 cm di altezza. cristallo sull'acqua al centro del ritaglio di cartone. Il piatto si muove a lungo. Perché?
Una descrizione simile di un motore simile è nel libro di testo di fisica (Corso generale di fisica. Termodinamica e fisica molecolare. vol. II. D.V. Sivukhin. M., Nauka, 1990): Molti fenomeni sono spiegati dal fatto che la tensione superficiale di diversi liquidi non è la stessa. Prendiamo, ad esempio, un modellino di barca di latta, nella cui poppa è praticato un piccolo foro. Versiamo dell'etere nella barca in modo che il livello della superficie libera dell'etere sia leggermente più alto del foro. Quindi lascia che la barca galleggi sulla superficie dell'acqua. Quindi inizierà ad andare avanti, ad es. nella direzione da poppa a prua. Il fenomeno è spiegato dal fatto che la tensione superficiale dell'etere è minore della tensione superficiale dell'acqua. L'etere che filtra attraverso il foro di poppa copre la superficie dell'acqua dietro la barca con un sottile strato. La tensione superficiale dell'etere tira indietro la barca. Tuttavia, questa forza è inferiore alla tensione superficiale dell'acqua, che la spinge in avanti. La risultante di queste due forze è diretta in avanti e mette in moto la barca. Lo stesso fenomeno si osserva quando piccoli pezzi di canfora vengono lanciati sulla superficie dell'acqua pura. La canfora si dissolve lentamente in acqua e riduce la sua tensione superficiale. Il tasso di dissoluzione in punti diversi di un pezzo di canfora non è lo stesso e dipende dalla sua forma. È più vicino alle estremità affilate sporgenti del pezzo. Di conseguenza, si forma una differenza nella tensione superficiale, che porta un pezzo di canfora in un movimento rotatorio e traslatorio casuale e intenso. Il fenomeno si osserva solo quando la superficie dell'acqua è sufficientemente pulita. Un sottile strato di grasso riduce la tensione superficiale dell'acqua a tal punto che la dissoluzione della canfora non può più ridurla ulteriormente. Secondo Rayleigh, il movimento della canfora si interrompe quando lo spessore dello strato di olio sulla superficie dell'acqua raggiunge 2 * 10-7 cm, in questo caso la tensione superficiale dell'acqua è inferiore del 28% rispetto a una superficie di acqua pulita. Uno strato di olio con uno spessore di 1 * 10-7 cm e inferiore, secondo Rayleigh, non ha praticamente alcun effetto sulla tensione superficiale dell'acqua. E un'altra descrizione del motore basata sulla tensione superficiale del liquido è stata pubblicata sulla rivista "Kvant", 1982, n. 11. Un "razzo" in movimento e anelli divergenti. Ritaglia un "razzo" di carta della forma mostrata nella Figura 1, a. Nel punto A, metti una goccia di soluzione saponata concentrata o una piccola saponetta. Se ora abbassi il razzo su una superficie calma dell'acqua, inizierà a muoversi.
Invece di un "razzo", puoi fare una girandola a forma di lettera S e posizionare pezzi di sapone nei punti A e A' (Fig. 1, b). Osserva in quale direzione ruoterà lo spinner.
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