Решение до правки #13781 от , автор emixter. Это не текущая версия.

Условие

4.6.13∗. На какую высоту поднимется жидкость по вертикальному коническому капилляру с углом при вершине рад? Плотность жидкости , ее поверхностное натяжение , высота капилляра . Жидкость полностью смачивает капилляр.

К задаче $4.6.13$
К задаче

Решение

Так как смачивание полное, то свободная поверхность жидкости в капилляре представляет собой часть сферической поверхности вписанной в конус. Радиус этой сферы , где - радиус капилляра на той высоте, до которой поднимается жидкость. Под вогнутой сферической поверхностью радиуса давление в жидкости менше атмосферного на величину лапласового давления и равна:

На уровне поверхности жидкости в широком сосуде давление в капилляре равно и равно атмосферному давлению:


Радиус капилляра можно выразить так: . учитывая это, запишем:

По условию задачи угол при вершине капилляра мал, тогда и :

Получаем квадратное уравнение относительно :

Дескриминант уравнения: . При дескриминант уравнение не имеет корней, это означает, что жидкость поднимется до самого верха и займет весь объём капилляра. В этом случае .

При уравнение имеет два корня:


Оба корня имеют право на существование, но давайте проанализируем, будут ли эти две высоты подъёма жидкости устойчивыми точками равновесия. Для этого вернёмся к уравнению:

Выражение в левой части уравнения - это гидростатическое давление столба жидкости высоты (обозначим его Г). Выражение в правой части - это давление, возникающее благодаря действию сил поверхностного натяжения (обозначим его К). Схематические графики зависисмости Г и К от приведены ниже:

Ответ