结构推理
一自由长度为,截面积为S,弹性模量为E的橡皮丝环用棉丝拴在一铁丝圆环上,将铁丝圆环从肥皂液中慢慢拉出,在铁丝圆环上就形成一层肥皂膜.将烧热的大头针将橡皮丝环所围的那部分肥皂膜刺破后,橡皮丝被拉成长为l的圆环.试问该肥皂膜的表面张力系数是多大?
【正确答案】解橡皮丝环如图所示,以橡皮丝环的上半部分为研究对象.橡皮丝上半环的端点为A,B取水平方向为轴,轴向上.橡皮丝环下半部分对A,B都作用张力T.现在考虑离开y轴处有的圆弧,它受到肥皂膜对它作用的表面张力dF,把它投影到x,y方向,其x方向分力相互抵消,y方向分力为
其中R为橡皮丝环半径,因子2是考虑到肥皂膜有
正反2个表面层而加上的.将上式对从到要积分,得到合力
这里已经考虑到橡皮丝环长度的关系.显然,
T为橡皮丝环内部的应力.从杨氏模量公式得到
将前面3个公式联立,可以得到
【答案解析】