Young-Laplace si likning



Like dokumenter
LØYSING ØVING 6. Grunntilstanden i hydrogenliknande atom

Dersom summen vert over 400 g må ein trekkje dette frå.

Universitet i Bergen. Eksamen i emnet MAT121 - Lineær algebra

Løsningsforslag. e n. n=0. 3 n 2 2n 1. n=1

Sensurveiledning til skriftlig eksamen i Matematikk 1, 1-7

Litt enkel matematikk for SOS3003

. 2+cos(x) 0 og alle biter som inngår i uttrykket er kontinuerlige. Da blir g kontinuerlig i hele planet.

UNIVERSITETET I BERGEN

TMA4110 Matematikk 3 Haust 2011

Addisjon og subtraksjon =1234 =1199 =1149

Eksamen i emnet MAT111/M100 - Grunnkurs i matematikk I Mandag 15. desember 2003, kl (15) LØYSINGSFORSLAG OPPGÅVE 2:

Språk og skrift som er brukt i SOS3003

10. ELEKTRONISK AVSTANDSMÅLING. D = (λ x + λ) / 2. Fig Prinsipp for elektronisk avstandsmåling

Undervisningsopplegg for ungdomstrinnet om likningar og annan algebra

Niels Henrik Abels matematikkonkurranse

Oppgavesettet er på 3 sider eks. forside, og inneholder 12 deloppgaver: 1abc, 2, 3, 4abc, 5ab, 6ab.

Løsningsforslag eksamen STE 6038 Geometrisk modellering 9/8 1995

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, 8.juni 2010

ÅRSPLAN FOR 9. TRINN

Eksempeloppgåve/ Eksempeloppgave 2009

x 2 2 x 1 =±x 2 1=x 2 x 2 = y 3 x= y 3

Brødsbrytelsen - Nattverden

Løsning, Oppsummering av kapittel 10.

Litt enkel matematikk for SOS3003

MØTEINNKALLING Tysnes kommune

Kapittel: 9. MEK4550 Elementmetoden i faststoffmekanikk I. (E-post:ges@math.uio.no) Universitetet i Oslo. Avdeling for Mekanikk Geir Skeie

Den gode gjetaren. Lukas 15:1-7

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, vår 2009

Innlevering BYPE2000 Matematikk 2000 HIOA Obligatorisk innlevering 3 Innleveringsfrist Torsdag 24. april 2014 før forelesningen Antall oppgaver: 9

Saksnr Utval Møtedato Fylkesutvalet Fylkestinget

Matematisk samtale og undersøkingslandskap

3. Løs oppgavene ved hjelp av likning a. Summen av tre tall som følger etter hverandre er 51. Hvilke tre tall er det?

Undervisningsopplegg for ungdomstrinnet om koordinatsystem og rette linjer

SAMNANGER KOMMUNE MÅLBRUKSPLAN

Eksamen MAT1013 Matematikk 1T. Nynorsk/Bokmål

UNIVERSITETET I OSLO

Eksempeloppgåve / Eksempeloppgave

Løysingsforslag til eksamen i MA1301-Talteori, 30/

Er du i mål? Legg til hundre på 347. Hvilket tall får dere da? Hva er halvparten av 62 minus 1? Hvilket multiplikasjonsstykke er dette?

Reglement for godtgjersler til kommunale folkevalde

Velkommen til Eksamenskurs matematikk 2

KappAbel 2010/11 Oppgåver 2. runde - Nynorsk

Fylkesmannen har motteke særutskrift av kommunestyresak om budsjett for 2015, vedteke i kommunestyremøte 11.desember 2014.

SAKSFRAMLEGG. Sakshandsamar: Thomas Winther Leira Arkivsak: 2013/438 Løpenr.: 5336/2013. Utvalsaksnr. Utval Møtedato Samfunnsutvalet

12 Vekst. Areal under grafer

FAKTA. Likeverdige brökar: BrÖkar som har same verdien: 2 = 2 4 = 3 6 = 4 8 = 5

Årsplan i matematikk for 2.årssteg

Tempoplan: Kapittel 4: 8/11 14/12. Kapittel 5: 2/1 1/2. Kapittel 6: 1/2 1/3. Kapittel 7: 1/3 1/4. Resten av tida repetisjon og prøver.

Løsningsforslag AA6526 Matematikk 3MX Privatister 3. mai eksamensoppgaver.org

Funksjoner og andregradsuttrykk

Molde Domkirke Konfirmasjonspreike

Matematikk 1, 4MX15-10E1 A

Særavtale om veiledarfunksjon for nyutdanna lærarar.

EKSAMENSOPPGAVE. KRAFT I og II Hall del 2 Kraft sportssenter Ingen

Torkjell Ljone Torgeir Døssland Torgeir Døssland 1. BAKGRUNN OG SYNFARING TILHØVE OG STABILITET TILTAK... 2

Løsning, funksjoner av flere variable.

Matematikk R1 Oversikt

Eksamen MAT1008 Matematikk 2T. Nynorsk/Bokmål

Eksamen MAT1008 Matematikk 2T. Nynorsk/Bokmål

Høgskolen i Oslo og Akershus. e 2x + x 2 ( e 2x) = 2xe 2x + x 2 e 2x (2x) = 2xe 2x + 2x 2 e 2x = 2xe 2x (1 + x) 1 sin x (sin x) + 2x = cos x

.ASJONALE -ATEMATIKK 1MX 3KOLENR

FY1006/TFY Øving 12 1 ØVING 12. Vinkelfunksjonar, radialfunksjonar og orbitalar for hydrogenliknande. Y lm ; l = 0, 1, ; m = l,, l.

Eksamen REA3024 Matematikk R2. Nynorsk/Bokmål

Kontinuasjonseksamen i emne TFE4130 Bølgeforplanting

Innlevering BYPE2000 Matematikk 2000 HIOA Obligatorisk innlevering 2 Innleveringsfrist Tirsdag 1. april 2014 kl. 12:45 Antall oppgaver: 8+2

Eksamen REA3026 S1, Våren 2013

= (2 6y) da. = πa 2 3

Løsningsforslag. 3 x e. g(x) = 1 + x4 x 2

Områder Kompetansemål Operasjonaliserte læringsmål Tema/opplegg (eksempler, forslag), ikke obligatorisk Tall og algebra

Løsningsforslag, midtsemesterprøve MA1103, 2.mars 2010

SOS3003 Eksamensoppgåver

ÅRSPLANAR FOR 8.TRINN 9.TRINN 10.TRINN ÅRSPLAN MATEMATIKK 8. TRINN STRANDA UNGDOMSSKULE

Eksamen 1T våren 2016

Finansiering av dei offentlege fagskolane

QED Matematikk for grunnskolelærerutdanningen. Bind 2. Fasit kapittel 3 Geometri

Breiddegradene er linjer som gôr parallelt med ekvator. Lengdegradene er linjer som gôr frô pol til pol. Den vassrette aksen, ogsô kalla försteaksen

EKSAMENSOPPGAVE. Tillatte hjelpemidler: Kalkulator med tomt dataminne Rottmann: Matematisk Formelsamling A.T. Surenovna: Norsk russisk ordbok

S1-eksamen hausten 2017

S1 eksamen våren 2016 løysingsforslag

Løsning IM

EKSAMEN RF5100, Lineær algebra

n=0 n=1 n + 1 Vi får derfor at summen er lik 1/2. c)

16. TRANSFORMASJONAR. Fig Identitetstransformasjon

Eksamen MAT1017 Matematikk 2T. Nynorsk/Bokmål

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

Eksamen MAT 1011 Matematikk 1P Hausten 2013

Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag Side 1 av 7 L SNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I SIF5009 MATEMATIKK 3 Bokmål Man

Integrasjon. Hvis f(x) er en gitt funksjon så er integralet av f(x) en samling med alle antideriverte til f(x). Integraltegnet står for en sum

Eksamen MAT1013 Matematikk 1T. Nynorsk/Bokmål

DEL 2 med lommereknar, passar og gradskive

TEORI FOR OPTISKE FIBRAR MED BRAGGITTER

KONTROLLUTVALET I FJELL KOMMUNE

Alternativ II: Dersom vi ikke liker å stirre kan vi gå forsiktigere til verks. Først ser vi på komponentlikninga i x-retning

INFORMASJONSHEFTE FOR STUDENTAR I LYEFJELL BARNEHAGE

Matriser og Kvadratiske Former

1. Det er ikkje mangel på veterinærar, men det kan verta ein mangel på dyktige produksjondyrveterinærar i deler av landet.

Eksamen i TMA4190 Mangfoldigheter fredag 30 mai, 2014

Eksamen i emnet M117 - Matematiske metodar Mandag 29. mai 2000, kl Løysingsforslag:

HØYRINGSSVAR frå prosten i Sogn prosti. Veivalg for fremtidig kirkeordning

Transkript:

Young-Laplace si likning Dette er Appendiks A i hovedoppgaven til Leiv Magne Siqveland, Høgskolen i Stavanger, Sivilingeniørutdanningen, innlevert 8. juni 996. Krumme flater z Z (a,b) X Y y x Figur : Flate i rommet. Dersom ei flate S, gitt ved funksjonen z f xyµ...() har kontinuerleg første ordens deriverte i kvart punkt på S, seier vi at flata er glatt. Ved å Taylor-utvikla funksjonen rundt eit punkt abµ på S, får vi ei tilnærming til flata rundt punktet, f xyµ f abµ f abµ x! x aµ f abµ y bµ y f abµ x x aµ f abµ y y bµ f abµ x y x aµ y bµ f abµ y bµ x aµ y x () Vi innfører så eit nytt koordinatsystem XYZµ, med origo i punktet abµ, og XYµplanet samanfallande med tangentplanet i dette punktet. Det gir f 00µ 0 f 00µ X f 00µ Y 0 (3) 0

Sidan flata er glatt, er derivasjonsrekkjefølgja vilkårleg, og vi kan slå saman kryssledda. Taylor-utviklinga av funksjonen, i det nye koordinatsystemet, når vi sløyfer høgare ordens ledd, vert då Z f X Y f 00µ µ! X X f 00µ Y Y f 00µ X Y XY fxx X f YY Y f XY XY Dette kan igjen skrivast som matriseproduktet f X Y µ X Y f XX f XY f XY f YY X Y (4) Vi ser at -matrisen i likn.4 med dei deriverte av f er symmetrisk. Då er matrisen diagonaliserbar med ortogonale eigenvektorar []. Vi kan då tilnærma flata med matriseproduktet f X Y µ g ξ ηµ ξ η α 0 ξ 0 β η αξ βη (5) Her er ξ og η koordinatane langs dei nye einingsvektorane og α og β er eigenverdiar til matrisen. Dette er det same som å rotera tangentplanet om Z-aksen slik at dei to nye einingsvektorane er 0µ t og 0 µ t i ξηµ-planet. I Zξ µ -planet η 0µ vil funksjonen g ξ 0µ frå likn.5 danna parabelen, Z g ξ 0µ αξ...(6) Ved å tilnærma parabelen med ein sirkel med radius R α, får vi og løyst med omsyn på Z, ξ Z R α µ R α ξ Z ZR α R α R α ξ Z ZR α 0 (7) Ô Z R α R α ξ ξ R α R µ α R α ξ R α µ Vel vi her minusteiknet, og sløyfer høgare ordens ledd, får vi det enkle uttrykket Z ξ R α (8)

Ved å samanlikne likn.6 og likn.8 får vi at Z αξ ξ R α og dermed R α α...(9) Krumninga κ til ei kurve i eit punkt er definert som den inverse av krumningsradien i punktet. Krumninga til parabelen Z g ξ 0µ er altså κ α R α Dersom vi ser på Zηµ-planet ξ 0µ får vi på same måten at krumninga til denne parabelen, Z g 0ηµ, er κ β R β Eit vilkårleg plan gjennom punktet abµ som står normalt på tangentplanet vil skjera tangentplanet ξηµ langs ei rett line ξ Kη, der K er ein konstant. ξ ξ=kη (a,b) l (,) ξ η η Figur : Vilkårleg line gjennom punktet abµ i tangentplanet. Avstanden λ mellom punktet abµ og eit gitt punkt ξ ηµ på lina kan då uttrykjast som Løyst med omsyn på η får vi λ ξ η K η η K η (0) η λ K................................ () 3

Vi kan då skriva uttrykket for snittet mellom normalplanet og flata f ξ ηµ som f ξ ηµ αξ βη αk η βη K α λ λ K β K K K α K β λ () Krumninga av kurva definert som snittet mellom eit vilkårleg normalplan i punktet (a,b) og flata f ξ ηµ vil dermed, som vist ovanfor, vera gitt ved κ K K α K β......................... (3) Uttrykket for krumninga er det vi kaller eit vege snitt av α og β. Det vil seia at verdien av κ alltid vil liggja mellom α og β, der den eine gir den største krumninga og den andre den minste. For kurvene definert ved snittet mellom ei flate og normalplana i eit punkt på flata, vil altså kurva med størst krumning og kurva med minst krumning ha normalplan som står normalt på kvarandre. Desse to kurvene vert kalla prinsipalkurvene. Eit normalplan som skjer tangentplanet i lina ξ Kη, vil i snittet med flata avteikna ei kurve, som vi vil kalla snittkurve, med krumning κ. Eit normalplan som står normalt på dette, vil skjera tangentplanet i lina ξ ηk og ha ei snittkurve med krumning κ K α K K β......................... (4) Adderer vi saman krumningane, likn.3 og likn.4, for dei to kurvene får vi κ κ α β.............................. (5) Summen av krumningane til to snittkurver med normalplan som står normalt på k- varandre er altså konstant og lik summen av krumningane til dei to prinsipalkurvene. Energi i overflata Vi tenker oss at grenseflata mellom to faser får eiinfinitesimal forskyving δζ.då vil eit volumelement mellom dei to grenseflatene vera gitt ved δζ ds, der ds er flateelementet. La P og P vera trykket i dei to fasane. Arbeidet gjort ved volumendringa vert då δw p P P µδζds........................ (6) Det totale arbeidet ved å forskyva grenseflata vil vera summen av dette arbeidet og arbeidet ved å endra arealet av grenseflata. Denne delen er proporsjonal med arealendringa δs og gitt ved δw σ σδs................................. (7) 4

dl' ds δζ dl dl' dl (a,b) ds' R θ θ Figur 3: Forskyvning av grenseflate mellom to faser. der σ er overflatespenninga. Det totale arbeid vert då δw P P µδζds σδs...................... (8) Ved termodynamisk likevekt vil dette arbeidet vera lik null. Vi må nå finna eit uttrykk for arealutvidinga δ S, δs ds ¼ ds................................ (9) uttrykt ved forskyvinga δζ og krumningane og R av flata. Arealet av flata før og etter forskyvinga, respektive ds og ds ¼, kan uttrykkast ved å multiplisera saman lengdeelementa langs dei to prinsipalkurvene. Dette kan gjerast avdi prinsipalkurvene, som vist tidlegare, står normalt på kvarandre. Vi får, ds dl dl ds ¼ dl ¼ dl¼ (0) der dl, dl og dl ¼, dl¼ er lengdeelement langs prinsipalkurvene i eit punkt på flata før og etter forskyvinga. Vi byrjar med å uttrykkja flatearealet etter forskyvinga, ds ¼, med kjente storleikar. Lengdeelementa dl og dl ¼ kan skrivast som dl θ dl ¼ δζµθ der θ er vinkelen som vist på fig.3. Dette gir dl ¼ δζ dl 5

δζ Det same gjeld for lengdeelementa dl og dl ¼. Vi set inn for dl¼ og dl¼ i likn.0 og får ds ¼ dl ¼ dl¼ δζ dl δζ dl R dl dl δζ δζ ds δζ δζ δζ R R ds δζ δζ sidan δζ R R () Set vi dette uttrykket inn i likn.9 får vi δs ds ¼ ds ds δζ δζ ds R δζ ds δζ () R Dette uttrykket set vi så inn for δ S i likn.8 og får δw P P µδζds σ δζds R P c σ δζds P er kapillartrykket. Då vil, i følge fundamentallemmaet i variasjon- der P c P srekning [], R R 0 for alle δζ (3) P c σ R µ0 og omforma får vi at som er Laplace likning. Referansar P c σ (4) R [] Howard, A.: Elementary Linear Algebra, John Wiley and Sons (984). [] Papatzacos, Paul: Matematisk Modellering, Kompendium ved Høgskolen i Stavanger (989). 6