مختصري از تئوري آزمايش: در اين آزمايش مي‌خواهيم كشش سطحي آب را بدست آوريم، براي اين منظور بايد يكسري تعاريف، روابط و فرمول‌ها را بكار برد.

در هر ظرفي كه مايعي ريخته شود، سه نوع كشش سطحي وجود دارد:

S_LV=كشش سطحي لايه مايع – بخار

S_SV=كشش سطحي لايه جامد – بخار

S_SL=كشش سطحي لايه جامد – مايع

مختصري از تئوري آزمايش: در اين آزمايش مي‌خواهيم كشش سطحي آب را بدست آوريم، براي اين منظور بايد يكسري تعاريف، روابط و فرمول‌ها را بكار برد.

در هر ظرفي كه مايعي ريخته شود، سه نوع كشش سطحي وجود دارد:

S_LV=كشش سطحي لايه مايع – بخار

S_SV=كشش سطحي لايه جامد – بخار

S_SL=كشش سطحي لايه جامد – مايع

نيروي S_LV با جداره ظرف زاويه θ ميسازد و نيروهاي S_SV و S_SL عمودي و نيروي A افقي است.

با تفكيك اين نيروها روي محورهاي x و y داريم:

 (رابطه 1)

 (رابطه 2)

اگر آنگاه در نتيجه S­_LV بزرگتر از S_SL است كه در اين حالت ميگوييم مايع جدار ظرف خود را تر مي‌كند. و بطور مشابه اگر آنگاه در نتيجه S­_LV كوچكتر از S_SL است كه در اين حالت ميگوييم مايع جدار ظرف خود را تر نمي‌كند.

مساله ديگري كه در اينجا مورد بررسي است، بحث مويينگي است. كه تعريف آن،  ‌بالا رفتن مايعات در لوله هاي مويين است.

در مورد آب يا يدور متيلين كه جدار ظرف خود را تر مي‌كند، سطح مايع در لوله مويين بالا تر از سطح مايع در ظرف است و در اين حالت مايع در لوله آنقدر بالا مي‌رود كه تعادل برقرار شود.

فرض كنيد مايع به‌اندازه h بالا رفته و شعاع قاعده لوله مويين برابر r‌ باشد. نيروي وزن ستون مايع (W)  را به دو روش محاسبه مي‌كنيم.

روش اول‌: مقدار اين نيرو براي واحد طول برابر S_SV – S_SL است. كه طبق رابطه 2 برابر است با  و چون سطح ستون مايع به مقدار با جدار ظرف در تماس است. پس

روش دوم:

پس خواهيم داشت:

(رابطه 3)

در مورد آب θ بسيار كوچك است ( ) پس و همينطور پس داريم:

(رابطه 4)

شرح آزمايش: با توجه به توضيحات داده شده در تئوري آزمايش، هدف از اين آزمايش بدست آوردن S_LV به كمك رابطه 4 است.

براي اين منظور بايد r و h را داشته باشيم. و در اين آزمايش ما براي دو لوله مختلف r و h را بوسيله كاتتومتر حساب ميكنيم.

براي محاسبه h براي دقت بيشتر يك ميخ را نزديم سر لوله مويين بطور برعكس مي‌بنديم و لوله را تا جايي داخل آب فرو مي‌بريم كه نوك ميخ، مماس بر سطح آب باشد. يعني نوك ميخ و تصويرش در سطح آب بر هم منطبق باشند. حال با كاتتومتر، h₁ را كه ارتفاع آب در لوله مويين است اندازه ميگيريم. با توجه به اين كه چون در ميكروسكپ جسم بايد در فاصله كانوني باشد، جسم را در فاصله حدودا 5 سانتي‌متري كاتتومتر قرار مي‌دهيم.

حال بشر آب را بدون دست زدن به لوله مويين از زير لوله برداشته و h₂ كه ارتفاع ميخ است را اندازه ‌مي‌گيريم. ارتفاع آب بالا رفته ،‌ h=h₁-h₂ است.

در ضمن كاتتومتري كه ما استفاده مي‌كنيم، يك ميكروسكوپ است و در آن بوسيله 3 پيچ،‌ تصوير مناسب را انتخاب مي‌كنيم. يك پيچ مخصوص تغيير ارتفاع است (تغييرات كوچك). پيچ ديگر مخصوص وضوح تصوير و پيچ سوم براي وضوح مگسك شكل است.

براي محاسبه r لوله را بطور افقي در آورده و بوسيله كاتتومتر h'­₁ و h'­₂ را كه بترتيب ارتفاع بالا و پايين منفذ لوله هستند را اندازه ميگيريم. بنابر اين خواهيم داشت :

محاسبات: براي لوله اول:

براي لوله دوم:

خواسته‌ها:

خطاي نسبي و مطلق آزمايش را با استفاده از رابطه 4و روش مشتقات جزيي بدست آوريد؟

با توجه به اينكه دقت اعداد اندازه‌گيري شده برابر نصف دقت وسيله است:

براي لوله اول:

براي لوله دوم:

علت استفاده از چوب كبريت چيست؟

اگر از چوب كبريت استفاده نكنيم و ميخ به جدار خارجي لوله مويين نزديك باشد، نوك ميخ سطح آب را نشان نميدهد زيرا در نزديكي لوله ( دور تا دور جدار خارجي) بدليل كشش سطحي سطح آب كمي بالاتر از سطح آب در ظرف است. در شكل مشاهده مي‌شود كه ارتفاع نقطه A اندكي بالاتر از ارتفاع آب در ظرف است.

دقت كاتتومتر را حساب كنيد؟