Propulsão baseada no fenômeno da tensão superficial do líquido. Desenho, descrição

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Propulsão baseada no fenômeno da tensão superficial do líquido. dicas para modelista

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O fenômeno da tensão superficial líquida é conhecido há muito tempo e, com a invenção de um novo material - a nanocelulose, tornou-se possível criar um interessante dispositivo de propulsão para um modelo de barco de brinquedo.

A edição 24 de 2012 da revista "Chemical Science" publicou um artigo descrevendo um modelo de barco movido pela evaporação de um surfactante. O álcool é usado como essa substância, cuja energia química é convertida em energia mecânica, essa energia coloca o modelo do barco em movimento. Ao evaporar, o álcool penetra na membrana (casco de nanocelulose do barco estanque), o que leva a uma diminuição da tensão superficial da água na popa. Devido à diferença na tensão superficial da água na frente e atrás do barco, ele avança.

Alterar a tensão superficial da água coloca o barco em movimento (clique para ampliar)

É interessante notar que um motor semelhante foi descrito no livro "Entretenimento de experimentos em física" (L.A. Gorev, 1985).

Recorte um prato de papelão, cuja forma é mostrada na figura, e abaixe-o sobre a superfície da água despejada em um banho de vidro de dimensões suficientemente grandes, por exemplo, 35 cm de diâmetro e 10 cm de altura. Coloque uma cânfora cristal na água no centro do recorte de papelão. A placa se move por um longo tempo. Por que?

Propulsão baseada no fenômeno da tensão superficial do líquido
Barco com motor de cânfora

Uma descrição semelhante de um motor semelhante está no livro de física (Curso geral de física. Termodinâmica e física molecular. vol. II. D.V. Sivukhin. M., Nauka, 1990):

Muitos fenômenos são explicados pelo fato de que a tensão superficial de diferentes líquidos não é a mesma. Tomemos, por exemplo, um pequeno modelo de barco feito de estanho, em cuja popa é feito um pequeno orifício. Vamos despejar um pouco de éter no barco para que o nível da superfície livre do éter fique um pouco mais alto que o buraco. Em seguida, deixe o barco flutuar na superfície da água. Então ele começará a se mover para frente, ou seja, na direção da popa para a proa. O fenômeno é explicado pelo fato de que a tensão superficial do éter é menor que a tensão superficial da água. O éter que vaza pelo buraco na popa cobre a superfície da água atrás do barco com uma fina camada. A tensão superficial do éter puxa o barco para trás. No entanto, essa força é menor que a tensão superficial da água, que a puxa para frente. A resultante dessas duas forças é direcionada para a frente e coloca o barco em movimento.

O mesmo fenômeno é observado quando pequenos pedaços de cânfora são jogados na superfície da água pura. A cânfora se dissolve lentamente na água e reduz sua tensão superficial. A taxa de dissolução em diferentes locais de um pedaço de cânfora não é a mesma e depende de sua forma. É mais perto das pontas afiadas salientes da peça. Como resultado, uma diferença na tensão superficial é formada, levando um pedaço de cânfora a um movimento aleatório e intenso de rotação e translação. O fenômeno é observado apenas quando a superfície da água está suficientemente limpa. Uma fina camada de gordura reduz a tensão superficial da água a tal ponto que a dissolução da cânfora não pode mais reduzi-la ainda mais. Segundo Rayleigh, o movimento da cânfora para quando a espessura da camada de óleo na superfície da água atinge 2 * 10-7 cm, nesse caso, a tensão superficial da água é 28% menor do que na superfície da água limpa. Uma camada de óleo com espessura de 1 * 10-7 cm e abaixo, segundo Rayleigh, praticamente não afeta a tensão superficial da água.

E outra descrição do motor com base na tensão superficial do líquido foi publicada na revista "Kvant", 1982, nº 11.

Um "foguete" em movimento e anéis divergentes.

Recorte um "foguete" de papel com o formato mostrado na Figura 1, a. No ponto A, coloque uma gota de solução de sabão concentrado ou uma pequena barra de sabão. Se você agora abaixar o foguete em uma superfície calma da água, ele começará a se mover.

Propulsão baseada no fenômeno da tensão superficial do líquido
Foguete e spinner

Em vez de um "foguete", você pode fazer um cata-vento no formato da letra S e colocar pedaços de sabão nos pontos A e A' (Fig. 1, b). Observe em que direção o spinner irá girar.

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