पृष्ठभाग तणाव क्षेत्र. विज्ञानात सुरुवात करा. पाण्याच्या पृष्ठभागावरील ताण गुणांक

पाण्याचा पृष्ठभाग तणाव हा पाण्याच्या सर्वात मनोरंजक गुणधर्मांपैकी एक आहे.

सक्षम स्त्रोतांकडून या संज्ञेच्या अनेक व्याख्या येथे आहेत.

पृष्ठभागावरील ताण म्हणजे...

ग्रेट मेडिकल एनसायक्लोपीडिया

पृष्ठभागावरील ताण (S.T.) ही आकर्षणाची शक्ती आहे ज्याद्वारे पृष्ठभागाच्या फिल्मचा प्रत्येक विभाग (द्रवाचा मुक्त पृष्ठभाग किंवा दोन टप्प्यांमधील कोणताही इंटरफेस) पृष्ठभागाच्या समीप भागांवर कार्य करतो. अंतर्गत दाब आणि P. n. द्रव पृष्ठभागाचा थर लवचिक ताणलेल्या पडद्याप्रमाणे वागतो. चॅपने विकसित केलेल्या कल्पनेनुसार. arr लैप्लेस, द्रव पृष्ठभागांची ही मालमत्ता "आकर्षणाच्या आण्विक शक्तींवर अवलंबून असते, अंतरासह वेगाने कमी होत आहे. एकसंध द्रवाच्या आत, त्याच्या सभोवतालच्या रेणूंमधून प्रत्येक रेणूवर कार्य करणारी शक्ती परस्पर संतुलित असतात. परंतु पृष्ठभागाजवळ, आण्विक आकर्षणाच्या परिणामी शक्ती आतील दिशेने निर्देशित केल्या जातात; ते द्रवाच्या जाडीमध्ये पृष्ठभागाचे रेणू काढण्यास प्रवृत्त करते. परिणामी, संपूर्ण पृष्ठभागाचा थर, एखाद्या लवचिक ताणलेल्या फिल्मप्रमाणे, पृष्ठभागाच्या सामान्य दिशेने द्रवाच्या अंतर्गत वस्तुमानावर खूप लक्षणीय दबाव टाकतो. गणनेनुसार, हा "अंतर्गत दाब", ज्याच्या खाली द्रवाचे संपूर्ण वस्तुमान स्थित आहे, अनेक हजार वातावरणात पोहोचते. ते उत्तल पृष्ठभागावर वाढते आणि अवतल पृष्ठभागावर कमी होते. कमीत कमी मुक्त उर्जेच्या प्रवृत्तीमुळे, कोणताही द्रव एक फॉर्म धारण करतो ज्यामध्ये त्याच्या पृष्ठभागावर - पृष्ठभागाच्या शक्तींच्या कृतीचे स्थान - सर्वात लहान आकाराचे असते. द्रवाचा पृष्ठभाग जितका मोठा असेल तितका त्याच्या पृष्ठभागाच्या फिल्मने व्यापलेला क्षेत्रफळ जास्त असेल, त्याच्या आकुंचन दरम्यान मुक्त पृष्ठभागाच्या उर्जेचा पुरवठा जास्त होईल. आकुंचनशील पृष्ठभागाच्या चित्रपटाचा प्रत्येक विभाग समीप भागांवर (मोकळ्या पृष्ठभागाच्या समांतर दिशेने) ज्या तणावाने कार्य करतो त्याला तणाव म्हणतात. लवचिक ताणलेल्या शरीराच्या लवचिक तणावाच्या उलट, पी. एन. पृष्ठभागाची फिल्म आकुंचन पावल्यामुळे कमकुवत होत नाही. ... पृष्ठभागाचा ताण द्रवाचा मुक्त पृष्ठभाग एकने वाढवण्यासाठी जे कार्य केले पाहिजे त्याच्या बरोबरीचे असते. P.n. द्रवाच्या इंटरफेसमध्ये वायूसह (स्वतःच्या बाष्पासह), दुसर्‍या अमिसिबल द्रवासह किंवा घन सह पाहिले जाते. त्याच प्रकारे, घन शरीरात P. n आहे. वायू आणि द्रव्यांच्या सीमेवर. P. n. च्या उलट, ज्यामध्ये द्रव (किंवा घन) त्याच्या मुक्त पृष्ठभागावर वायू माध्यमाच्या सीमेवर असतो, दोन द्रव (किंवा द्रव आणि घन) टप्प्यांच्या अंतर्गत सीमारेषेवरील ताण एका विशिष्ट शब्दाद्वारे सोयीस्करपणे नियुक्त केला जातो. जर्मन साहित्यात, "सीमा तणाव" (ग्रेन्झफ्लाचेनस्पॅनंग) हा शब्द आहे. जर एखादा पदार्थ द्रवात विरघळला तर त्याचा P कमी होतो. n., नंतर मुक्त ऊर्जा केवळ सीमावर्ती पृष्ठभागाचा आकार कमी करूनच कमी होत नाही तर शोषणाद्वारे देखील कमी होते: पृष्ठभागाच्या थरात वाढीव एकाग्रतेमध्ये सर्फॅक्टंट (किंवा केशिका सक्रिय) पदार्थ गोळा होतो ...
…

मोठा वैद्यकीय ज्ञानकोश. 1970

वरील सर्व गोष्टींचा सारांश अशा प्रकारे दिला जाऊ शकतो - पाण्यासह कोणत्याही द्रवाच्या पृष्ठभागावर असलेले रेणू द्रव आतल्या इतर रेणूंद्वारे आकर्षित होतात, परिणामी पृष्ठभागावर ताण निर्माण होतो. आम्ही यावर जोर देतो की या मालमत्तेची ही एक सरलीकृत समज आहे.

पाण्याचा पृष्ठभाग ताण

ही मालमत्ता अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी, वास्तविक जीवनात पाण्याच्या पृष्ठभागावरील तणावाचे अनेक प्रकटीकरण येथे आहेत:

• जेव्हा आपण नळाच्या टोकातून पाणी वाहण्याऐवजी टपकताना पाहतो, तेव्हा हा पाण्याचा पृष्ठभाग तणाव असतो;
• उड्डाण करताना पावसाचा थेंब गोलाकार, किंचित लांबलचक आकार घेतो, तेव्हा हा पाण्याचा पृष्ठभाग ताण असतो;
• जेव्हा जलरोधक पृष्ठभागावरील पाणी गोलाकार आकार घेते, तेव्हा हा पाण्याचा पृष्ठभाग तणाव असतो;
• जलाशयांच्या पृष्ठभागावर वारा वाहताना दिसणारे तरंग हे देखील पाण्याच्या पृष्ठभागावरील ताणाचे प्रकटीकरण आहेत;
• पृष्ठभागावरील ताणामुळे अंतराळातील पाणी गोलाकार आकार घेते;
• वॉटर स्ट्रायडर कीटक पाण्याच्या पृष्ठभागावर तरंगतो, पाण्याच्या या गुणधर्मामुळे;
• जर आपण काळजीपूर्वक पाण्याच्या पृष्ठभागावर सुई ठेवली तर ती तरंगते;
• जर आपण वेगवेगळ्या घनतेचे आणि रंगांचे पातळ पदार्थ एका काचेत टाकले तर ते मिसळत नाहीत हे आपल्याला दिसेल;
• इंद्रधनुष्य साबण फुगे देखील पृष्ठभाग तणाव एक अद्भुत प्रकटीकरण आहेत.

पृष्ठभाग तणाव गुणांक

पॉलिटेक्निक टर्मिनोलॉजिकल स्पष्टीकरणात्मक शब्दकोश

पृष्ठभागावरील ताण गुणांक म्हणजे द्रवाच्या पृष्ठभागावर किंवा दोन अमिसिबल द्रवपदार्थांमधील इंटरफेसवरील पृष्ठभागावरील ताण बलाची रेषीय घनता.

पॉलिटेक्निक टर्मिनोलॉजिकल स्पष्टीकरणात्मक शब्दकोश. संकलन: व्ही. बुटाकोव्ह, आय. फॅग्रेडियंट्स. 2014

खाली आम्ही 20 डिग्री सेल्सिअस तापमानात विविध द्रवपदार्थांसाठी पृष्ठभागावरील ताण गुणांक (K.s.n.) ची मूल्ये सादर करतो:

• पीएच.डी. एसीटोन - 0.0233 न्यूटन / मीटर;
• पीएच.डी. बेंझिन - 0.0289 न्यूटन / मीटर;
• पीएच.डी. डिस्टिल्ड वॉटर - 0.0727 न्यूटन / मीटर;
• पीएच.डी. ग्लिसरॉल - 0.0657 न्यूटन / मीटर;
• पीएच.डी. रॉकेल - 0.0289 न्यूटन / मीटर;
• पीएच.डी. पारा - 0.4650 न्यूटन / मीटर;
• पीएच.डी. इथाइल अल्कोहोल - 0.0223 न्यूटन / मीटर;
• पीएच.डी. इथर - 0.0171 न्यूटन / मीटर.

पाण्याच्या पृष्ठभागावरील ताण गुणांक

पृष्ठभागावरील ताण गुणांक द्रवाच्या तापमानावर अवलंबून असतो. वेगवेगळ्या पाण्याच्या तापमानावर त्याची मूल्ये सादर करूया.

• 0°C - 75.64 σ, 10 –3 न्यूटन / मीटर तापमानात;
• 10°C - 74.22 σ, 10 -3 न्यूटन / मीटर तापमानात;
• 20°C - 72.25 σ, 10 –3 न्यूटन/मीटर तापमानात;
• 30°C - 71.18 σ, 10 –3 न्यूटन / मीटर तापमानात;
• 40°C - 69.56 σ, 10 –3 न्यूटन/मीटर तापमानात;
• 50°C - 67.91 σ, 10 –3 न्यूटन/मीटर तापमानात;
• 60°C - 66.18 σ, 10 –3 न्यूटन/मीटर तापमानात;
• 70°C - 64.42 σ, 10 –3 न्यूटन/मीटर तापमानात;
• 80°C - 62.61 σ, 10 –3 न्यूटन/मीटर तापमानात;
• 90°C - 60.75 σ, 10 –3 न्यूटन / मीटर तापमानात;
• 100°C - 58.85 σ, 10 -3 न्यूटन/मीटर तापमानात.

हा धडा द्रव आणि त्यांच्या गुणधर्मांवर चर्चा करेल. आधुनिक भौतिकशास्त्राच्या दृष्टिकोनातून, द्रव हा संशोधनाचा सर्वात कठीण विषय आहे, कारण वायूंच्या तुलनेत रेणूंमधील परस्परसंवादाच्या नगण्य उर्जेबद्दल बोलणे आता शक्य नाही आणि घन पदार्थांच्या तुलनेत त्याबद्दल बोलणे अशक्य आहे. द्रव रेणूंची क्रमबद्ध व्यवस्था (द्रवपदार्थामध्ये लांब-श्रेणीचा क्रम नाही). यामुळे द्रवपदार्थांमध्ये अनेक मनोरंजक गुणधर्म आणि त्यांचे प्रकटीकरण आहेत. या धड्यात अशाच एका मालमत्तेची चर्चा केली जाईल.

सुरवातीला, द्रवाच्या पृष्ठभागावरील थरातील रेणूंच्या खंडात असलेल्या रेणूंच्या तुलनेत कोणत्या विशेष गुणधर्मांची चर्चा करू या.

तांदूळ. 1. पृष्ठभागाच्या थराचे रेणू आणि द्रवाच्या मोठ्या प्रमाणात स्थित रेणू यांच्यातील फरक

A आणि B या दोन रेणूंचा विचार करू. रेणू A द्रवाच्या आत आहे, B रेणू त्याच्या पृष्ठभागावर आहे (चित्र 1). रेणू A हा द्रवाच्या इतर रेणूंनी एकसमानपणे वेढलेला असतो, म्हणून आंतरमोलेक्युलर परस्परसंवादाच्या क्षेत्रात येणार्‍या रेणूंमधून रेणू A वर कार्य करणार्‍या शक्तींची भरपाई केली जाते किंवा त्यांचा परिणाम शून्य असतो.

द्रवाच्या पृष्ठभागावर असलेल्या B रेणूचे काय होते? लक्षात ठेवा की द्रव वर स्थित गॅस रेणूंची एकाग्रता द्रव रेणूंच्या एकाग्रतेपेक्षा लक्षणीयरीत्या कमी आहे. रेणू B एका बाजूला द्रव रेणूंनी वेढलेला असतो आणि दुसऱ्या बाजूला अत्यंत दुर्मिळ वायूच्या रेणूंनी वेढलेला असतो. द्रवाच्या बाजूने आणखी बरेच रेणू त्यावर कार्य करत असल्याने, सर्व आंतरआण्विक शक्तींचा परिणाम द्रवमध्ये निर्देशित केला जाईल.

अशाप्रकारे, द्रवाच्या खोलीतून रेणू पृष्ठभागाच्या थरात जाण्यासाठी, भरपाई नसलेल्या आंतरआण्विक शक्तींविरूद्ध कार्य करणे आवश्यक आहे.

लक्षात ठेवा की कार्य म्हणजे वजा चिन्हाने घेतलेल्या संभाव्य ऊर्जेतील बदल.

याचा अर्थ असा की पृष्ठभागाच्या थराच्या रेणूंमध्ये, द्रव आतल्या रेणूंच्या तुलनेत, जास्त संभाव्य ऊर्जा असते.

ही अतिरिक्त ऊर्जा द्रवाच्या अंतर्गत उर्जेचा एक घटक आहे आणि त्याला म्हणतात पृष्ठभाग ऊर्जा. हे म्हणून नियुक्त केले जाते, आणि इतर कोणत्याही उर्जेप्रमाणे, जूलमध्ये मोजले जाते.

साहजिकच, द्रवाचे पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ जितके मोठे असेल तितके जास्त रेणू ज्यात जास्त संभाव्य ऊर्जा असते आणि त्यामुळे पृष्ठभागाची ऊर्जा जास्त असते. ही वस्तुस्थिती खालील संबंधाच्या स्वरूपात लिहिली जाऊ शकते:

,

पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ कुठे आहे आणि आनुपातिकता गुणांक आहे, ज्याला आपण कॉल करू पृष्ठभाग तणाव गुणांक, हा गुणांक या किंवा त्या द्रवाचे वैशिष्ट्य दर्शवतो. चला या प्रमाणाची कठोर व्याख्या लिहूया.

द्रवाचा पृष्ठभाग ताण (द्रवाच्या पृष्ठभागावरील ताणाचा गुणांक) हे एक भौतिक प्रमाण आहे जे दिलेल्या द्रवाचे वैशिष्ट्य दर्शवते आणि ते द्रवाच्या पृष्ठभागाच्या क्षेत्रफळाच्या पृष्ठभागाच्या उर्जेच्या गुणोत्तराच्या बरोबरीचे असते.

पृष्ठभागावरील ताणाचे गुणांक मीटरने भागलेल्या न्यूटनमध्ये मोजले जाते.

द्रवाच्या पृष्ठभागावरील ताणाचा गुणांक कशावर अवलंबून असतो यावर चर्चा करूया. सुरुवातीला, आपण हे लक्षात ठेवूया की पृष्ठभागावरील ताण गुणांक रेणूंच्या विशिष्ट परस्परसंवाद उर्जेचे वैशिष्ट्य दर्शवितो, याचा अर्थ ही ऊर्जा बदलणारे घटक द्रवाच्या पृष्ठभागावरील ताण गुणांक देखील बदलतील.

तर, पृष्ठभागावरील ताण गुणांक यावर अवलंबून आहे:

1. द्रवाचे स्वरूप ("अस्थिर" द्रव, जसे की इथर, अल्कोहोल आणि गॅसोलीन, "अ-अस्थिर" द्रव - पाणी, पारा आणि द्रव धातूंपेक्षा कमी पृष्ठभागावर ताण असतो).

2. तापमान (तपमान जितके जास्त तितके पृष्ठभागावरील ताण कमी).

3. पृष्ठभागावरील ताण कमी करणारे सर्फॅक्टंट्स (सर्फॅक्टंट्स), जसे की साबण किंवा वॉशिंग पावडर.

4. गॅस बॉर्डरिंग लिक्विडचे गुणधर्म.

लक्षात घ्या की पृष्ठभागावरील ताण गुणांक पृष्ठभागाच्या क्षेत्रफळावर अवलंबून नाही, कारण एका व्यक्तीच्या जवळ-पृष्ठभागाच्या रेणूसाठी जवळपास किती समान रेणू आहेत हे पूर्णपणे महत्व नाही. टेबलकडे लक्ष द्या, जे तापमानात विविध पदार्थांचे पृष्ठभाग तणाव गुणांक दर्शविते:

तक्ता 1. हवेसह इंटरफेसवर द्रवपदार्थांचे पृष्ठभाग ताण गुणांक, येथे

तर, पृष्ठभागावरील थराच्या रेणूंमध्ये द्रवाच्या मोठ्या प्रमाणातील रेणूंच्या तुलनेत जास्त संभाव्य ऊर्जा असते. यांत्रिकी अभ्यासक्रमात असे दिसून आले की कोणतीही प्रणाली कमीतकमी संभाव्य उर्जेकडे झुकते. उदाहरणार्थ, विशिष्ट उंचीवरून फेकलेले शरीर खाली पडण्याची प्रवृत्ती असते. याव्यतिरिक्त, आपल्याला झोपायला अधिक आरामदायक वाटते, कारण या प्रकरणात आपल्या शरीराच्या वस्तुमानाचे केंद्र शक्य तितके कमी आहे. एखाद्याची संभाव्य ऊर्जा कमी करण्याच्या इच्छेमुळे द्रवपदार्थाच्या बाबतीत काय होते? पृष्ठभागाची उर्जा पृष्ठभागाच्या क्षेत्रफळावर अवलंबून असल्याने, कोणत्याही द्रवासाठी पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ मोठे असणे हे ऊर्जावानदृष्ट्या प्रतिकूल आहे. दुसऱ्या शब्दांत, मुक्त अवस्थेत, द्रव त्याच्या पृष्ठभागाला कमीत कमी बनवतो.

आपण साबण फिल्मसह प्रयोग करून हे सहजपणे सत्यापित करू शकता. जर तुम्ही वायरची ठराविक चौकट साबणाच्या द्रावणात बुडवली तर त्यावर साबणाची फिल्म तयार होईल आणि ती फिल्म असा आकार घेईल की त्याचे पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ कमी असेल (चित्र 2).

तांदूळ. 2. साबण द्रावणातून आलेले आकडे

आपण एक साधा प्रयोग वापरून पृष्ठभागावरील तणाव शक्तींचे अस्तित्व सत्यापित करू शकता. जर एखादा धागा वायरच्या रिंगला दोन ठिकाणी बांधला असेल, जेणेकरून धाग्याची लांबी थ्रेडच्या जोडणीच्या बिंदूंना जोडणाऱ्या जीवाच्या लांबीपेक्षा किंचित जास्त असेल आणि वायरची अंगठी साबणाच्या द्रावणात बुडवा (चित्र. 3a), साबण फिल्म अंगठीच्या संपूर्ण पृष्ठभागावर कव्हर करेल आणि धागा साबण फिल्मवर पडेल. जर तुम्ही आता धाग्याच्या एका बाजूला फिल्म फाडली तर, थ्रेडच्या दुसऱ्या बाजूला उरलेली साबण फिल्म आकुंचन पावेल आणि धागा घट्ट करेल (चित्र 3b).

तांदूळ. 3. पृष्ठभागावरील तणाव शक्ती शोधण्यासाठी प्रयोग

असे का घडले? वस्तुस्थिती अशी आहे की वर उरलेले साबण द्रावण, म्हणजेच द्रव, त्याच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ कमी करते. अशा प्रकारे, धागा वरच्या दिशेने खेचला जातो.

तर, आम्हाला पृष्ठभागावरील तणावाच्या अस्तित्वाची खात्री आहे. आता त्याची गणना कशी करायची ते शिकूया. हे करण्यासाठी, एक विचार प्रयोग करूया. साबण सोल्युशनमध्ये वायर फ्रेम कमी करू या, ज्याची एक बाजू जंगम आहे (चित्र 4). आम्ही फ्रेमच्या फिरत्या बाजूला एक शक्ती लागू करून साबण फिल्म ताणू. अशा प्रकारे, क्रॉसबारवर तीन शक्ती कार्य करतात - एक बाह्य शक्ती आणि दोन पृष्ठभागावरील तणाव शक्ती चित्रपटाच्या प्रत्येक पृष्ठभागावर कार्य करतात. न्यूटनचा दुसरा नियम वापरून आपण ते लिहू शकतो

तांदूळ. 4. पृष्ठभाग तणाव शक्तीची गणना

जर, बाह्य शक्तीच्या प्रभावाखाली, क्रॉसबार काही अंतरावर गेला, तर ही बाह्य शक्ती कार्य करेल

साहजिकच, या कामामुळे, चित्रपटाच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ वाढेल, याचा अर्थ पृष्ठभागाची ऊर्जा देखील वाढेल, जी आपण पृष्ठभागाच्या ताण गुणांकाद्वारे निर्धारित करू शकतो:

क्षेत्र बदल, यामधून, खालीलप्रमाणे निर्धारित केले जाऊ शकते:

वायर फ्रेमच्या जंगम भागाची लांबी कुठे आहे. हे लक्षात घेऊन, आपण असे लिहू शकतो की बाह्य शक्तीने केलेले कार्य समान आहे

उजव्या बाजूंना (*) आणि (**) मध्ये समीकरण करून, आम्हाला पृष्ठभागावरील ताण शक्तीसाठी एक अभिव्यक्ती मिळते:

अशाप्रकारे, पृष्ठभागावरील ताण गुणांक संख्यात्मकदृष्ट्या पृष्ठभागाच्या ताण बलाच्या बरोबरीचा असतो, जो रेषेच्या प्रत्येक एकक लांबीवर पृष्ठभागाची सीमांकन करते.

त्यामुळे, आम्हाला पुन्हा एकदा खात्री पटली आहे की द्रव असा आकार घेतो की त्याच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ कमी असते. हे दर्शविले जाऊ शकते की दिलेल्या व्हॉल्यूमसाठी गोलाच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ किमान असेल. अशा प्रकारे, द्रवावर इतर कोणतीही शक्ती कार्य करत नसल्यास किंवा त्यांचा प्रभाव कमी असल्यास, द्रव गोलाकार आकार घेतो. अशाप्रकारे, उदाहरणार्थ, पाणी शून्य गुरुत्वाकर्षण (Fig. 5) किंवा साबण फुगे (Fig. 6) मध्ये कसे वागेल.

तांदूळ. 5. शून्य गुरुत्वाकर्षणात पाणी

तांदूळ. 6. साबण फुगे

पाण्याच्या पृष्ठभागावर धातूची सुई “आडवे” का आहे हे देखील पृष्ठभागावरील तणाव शक्तींच्या उपस्थितीमुळे स्पष्ट होऊ शकते (चित्र 7). एक सुई, जी पृष्ठभागावर काळजीपूर्वक ठेवली जाते, ती विकृत करते, ज्यामुळे या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ वाढते. अशाप्रकारे, पृष्ठभागावरील तणाव शक्ती निर्माण होते, ज्यामुळे क्षेत्रामध्ये असा बदल कमी होतो. पृष्ठभागावरील तणावाची परिणामी शक्ती वरच्या दिशेने निर्देशित केली जाईल आणि ते गुरुत्वाकर्षणाच्या शक्तीची भरपाई करेल.

तांदूळ. 7. पाण्याच्या पृष्ठभागावर सुई

पिपेटच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत त्याच प्रकारे स्पष्ट केले जाऊ शकते. गुरुत्वाकर्षणाने प्रभावित होणारा थेंब खाली खेचला जातो, ज्यामुळे त्याचे पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ वाढते. साहजिकच, पृष्ठभागावरील ताणतणाव शक्ती उद्भवतात, ज्याचा परिणाम गुरुत्वाकर्षणाच्या दिशेच्या विरुद्ध असतो आणि ज्यामुळे थेंबाला ताणण्यापासून प्रतिबंध होतो (चित्र 8). जेव्हा तुम्ही विंदुकाच्या रबर टोपीवर दाबता तेव्हा तुम्ही अतिरिक्त दाब तयार करता, ज्यामुळे गुरुत्वाकर्षणाला मदत होते आणि परिणामी, ड्रॉप खाली पडतो.

तांदूळ. 8. पिपेट कसे कार्य करते

दैनंदिन जीवनातील दुसरे उदाहरण देऊ. जर तुम्ही पेंट ब्रश एका ग्लास पाण्यात बुडवला तर केस फुगतात. जर तुम्ही आता हा ब्रश पाण्यातून बाहेर काढला तर तुमच्या लक्षात येईल की सर्व केस एकमेकांना चिकटलेले आहेत. हे या वस्तुस्थितीमुळे आहे की ब्रशला चिकटलेल्या पाण्याच्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ कमी असेल.

आणि आणखी एक उदाहरण. जर तुम्हाला कोरड्या वाळूतून वाडा बांधायचा असेल तर तुम्हाला यश मिळण्याची शक्यता नाही, कारण वाळू गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावाखाली कोसळेल. तथापि, आपण वाळू ओले केल्यास, वाळूच्या कणांमधील पाण्याच्या पृष्ठभागावरील ताणामुळे त्याचा आकार कायम राहील.

शेवटी, आम्ही लक्षात घेतो की पृष्ठभागाच्या तणावाचा सिद्धांत अधिक जटिल शारीरिक समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी सुंदर आणि साध्या साधने शोधण्यात मदत करतो. उदाहरणार्थ, जेव्हा आपल्याला हलके आणि त्याच वेळी मजबूत रचना तयार करण्याची आवश्यकता असते, तेव्हा साबणाच्या बुडबुड्यांमध्ये काय होते याचे भौतिकशास्त्र बचावासाठी येते. आणि या अणु केंद्रकाची तुलना चार्ज केलेल्या द्रवाच्या थेंबाशी करून अणू केंद्रकाचे पहिले पुरेसे मॉडेल तयार करणे शक्य झाले.

संदर्भग्रंथ

1. G. Ya. Myakishev, B. B. Bukhovtsev, N. N. Sotsky. "भौतिकशास्त्र 10". - एम.: शिक्षण, 2008.
2. या. ई. गेगुझिन "बबल्स", क्वांटम लायब्ररी. - एम.: नौका, 1985.
3. बी.एम. याव्होर्स्की, ए.ए. पिंस्की "भौतिकशास्त्राची मूलभूत तत्त्वे" खंड 1.
4. जी.एस. लँड्सबर्ग "भौतिकशास्त्राचे प्राथमिक पाठ्यपुस्तक" खंड 1.

1. Nkj.ru ().
2. Youtube.com().
3. Youtube.com().
4. Youtube.com().

गृहपाठ

1. या धड्यातील समस्या सोडवल्यानंतर, तुम्ही राज्य परीक्षेच्या प्रश्न 7,8,9 आणि युनिफाइड स्टेट परीक्षेच्या A8, A9, A10 प्रश्नांची तयारी करू शकता.
2. गेल्फगॅट आय.एम., नेनाशेव आय.यू. "भौतिकशास्त्र. इयत्ता 10 साठी समस्यांचे संकलन" 5.34, 5.43, 5.44, 5.47 ()
3. समस्या 5.47 च्या आधारे, पाणी आणि साबण द्रावणाच्या पृष्ठभागाच्या ताणाचे गुणांक निश्चित करा.

प्रश्न आणि उत्तरांची यादी

प्रश्न:तापमानासह पृष्ठभागावरील ताण का बदलतो?

उत्तर:जसजसे तापमान वाढते तसतसे द्रवाचे रेणू वेगाने हलू लागतात आणि म्हणून रेणू अधिक सहजपणे संभाव्य आकर्षण शक्तींवर मात करतात. ज्यामुळे पृष्ठभागावरील ताणतणाव शक्तींमध्ये घट होते, जी संभाव्य शक्ती आहेत जी द्रवाच्या पृष्ठभागाच्या थराच्या रेणूंना बांधतात.

प्रश्न:पृष्ठभागावरील ताणाचा गुणांक द्रवाच्या घनतेवर अवलंबून असतो का?

उत्तर:होय, असे होते, कारण द्रवाच्या पृष्ठभागावरील थरातील रेणूंची ऊर्जा द्रवाच्या घनतेवर अवलंबून असते.

प्रश्न:द्रवाचा पृष्ठभाग ताण गुणांक ठरवण्यासाठी कोणत्या पद्धती अस्तित्वात आहेत?

उत्तर:शालेय अभ्यासक्रमात, ते द्रवाचा पृष्ठभाग ताण गुणांक निर्धारित करण्यासाठी दोन मार्गांचा अभ्यास करतात. पहिली वायर फाडण्याची पद्धत आहे, त्याचे तत्त्व गृहपाठातील समस्या 5.44 मध्ये वर्णन केले आहे, दुसरी ड्रॉप मोजणी पद्धत आहे, समस्या 5.47 मध्ये वर्णन केली आहे.

प्रश्न:साबणाचे फुगे थोड्या वेळाने का कोसळतात?

उत्तर:वस्तुस्थिती अशी आहे की काही काळानंतर, गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावाखाली, बुडबुडा वरच्या भागापेक्षा तळाशी जाड होतो आणि नंतर, बाष्पीभवनाच्या प्रभावाखाली, तो कधीतरी कोसळतो. यामुळे संपूर्ण बुडबुडा, फुग्यासारखा, भरपाई न केलेल्या पृष्ठभागावरील तणाव शक्तींच्या प्रभावाखाली कोसळतो.

पृष्ठभागावरील ताण गुरुत्वाकर्षणाचा प्रतिकार करण्यासाठी द्रवाच्या क्षमतेचे वर्णन करतो. उदाहरणार्थ, टेबलच्या पृष्ठभागावरील पाणी थेंब बनवते कारण पाण्याचे रेणू एकमेकांकडे आकर्षित होतात, जे गुरुत्वाकर्षण शक्तीचा प्रतिकार करतात. पृष्ठभागावरील तणावामुळे कीटकांसारख्या जड वस्तू पाण्याच्या पृष्ठभागावर ठेवल्या जाऊ शकतात. पृष्ठभागावरील ताण हे बल (N) भागिले एकक लांबी (m), किंवा प्रति एकक क्षेत्र उर्जेचे प्रमाण मोजले जाते. पाण्याचे रेणू ज्या बलाशी संवाद साधतात (एकसंध शक्ती) तणाव निर्माण करतात, परिणामी पाण्याचे थेंब (किंवा इतर द्रव) तयार होतात. जवळजवळ प्रत्येक घरात आणि कॅल्क्युलेटरमध्ये आढळणाऱ्या काही साध्या वस्तू वापरून पृष्ठभागावरील ताण मोजला जाऊ शकतो.

पायऱ्या

रॉकर वापरणे

पृष्ठभाग तणावाचे समीकरण लिहा.या प्रयोगात, पृष्ठभागावरील ताण ठरवण्याचे समीकरण खालीलप्रमाणे आहे. F = 2Sd, कुठे एफ- न्यूटनमधील बल (एन), एस- पृष्ठभागावरील ताण न्यूटन प्रति मीटर (N/m), d- प्रयोगात वापरलेल्या सुईची लांबी. या समीकरणातून पृष्ठभागावरील ताण व्यक्त करूया: S = F/2d.

• प्रयोगाच्या शेवटी शक्तीची गणना केली जाईल.
• प्रयोग सुरू करण्यापूर्वी, मीटरमध्ये सुईची लांबी मोजण्यासाठी शासक वापरा.

1. एक लहान रॉकर हात तयार करा.या प्रयोगात, पाण्याच्या पृष्ठभागावर तरंगणारी रॉकर आणि लहान सुईचा वापर पृष्ठभागावरील ताण निश्चित करण्यासाठी केला जातो. रॉकरच्या बांधकामाचा काळजीपूर्वक विचार करणे आवश्यक आहे, कारण परिणामाची अचूकता यावर अवलंबून असते. आपण विविध साहित्य वापरू शकता, मुख्य गोष्ट म्हणजे कठीण वस्तूपासून क्षैतिज क्रॉसबार बनवणे: लाकूड, प्लास्टिक किंवा जाड पुठ्ठा.

   • रॉडच्या मध्यभागी शोधा (जसे की पेंढा किंवा प्लॅस्टिक शासक) ज्याचा तुम्ही क्रॉसबार म्हणून वापर करू इच्छित आहात आणि त्या ठिकाणी छिद्र करा किंवा छिद्र करा; हे क्रॉसबारचे फुलक्रम असेल ज्यावर ते मुक्तपणे फिरेल. तुम्ही प्लॅस्टिकचा पेंढा वापरत असाल, तर फक्त पिन किंवा खिळ्याने तो दाबा.
   • क्रॉसबारच्या शेवटी छिद्र करा किंवा छिद्र करा जेणेकरून ते मध्यभागी समान अंतरावर असतील. वजन कप आणि सुई लटकण्यासाठी छिद्रांमधून थ्रेड थ्रेड करा.
   • आवश्यक असल्यास, क्रॉसबार क्षैतिज ठेवण्यासाठी पुस्तके किंवा इतर पुरेशा कठीण वस्तूंनी रॉकर हाताला आधार द्या. क्रॉसबार त्याच्या मध्यभागी घातलेल्या खिळ्या किंवा रॉडभोवती मुक्तपणे फिरणे आवश्यक आहे.

2. अॅल्युमिनियम फॉइलचा तुकडा घ्या आणि त्यास बॉक्स किंवा बशीच्या आकारात रोल करा.या बशीला योग्य चौरस किंवा गोल आकार असणे आवश्यक नाही. तुम्ही ते पाण्याने किंवा इतर वजनाने भराल, त्यामुळे ते वजनाला समर्थन देऊ शकते याची खात्री करा.

   • बारच्या एका टोकापासून फॉइल बॉक्स किंवा बशी लटकवा. बशीच्या काठावर लहान छिद्रे बनवा आणि त्यामधून एक धागा बांधा जेणेकरून बशी क्रॉसबारवर लटकेल.

3. बारच्या दुसऱ्या टोकापासून सुई किंवा पेपरक्लिप टांगून ठेवा म्हणजे ती क्षैतिज असेल.क्रॉसबारच्या दुसऱ्या टोकापासून टांगलेल्या धाग्याला सुई किंवा कागदाची क्लिप आडवी बांधा. प्रयोग यशस्वी होण्यासाठी, सुई किंवा पेपर क्लिप अगदी क्षैतिज स्थितीत ठेवणे आवश्यक आहे.

4. अॅल्युमिनियम फॉइल कंटेनर संतुलित करण्यासाठी बारवर प्लेडॉ सारखे काहीतरी ठेवा. प्रयोग सुरू करण्यापूर्वी, क्रॉसबार क्षैतिज असल्याची खात्री करणे आवश्यक आहे. फॉइल सॉसर सुईपेक्षा जड आहे, म्हणून त्याच्या बाजूला क्रॉसबार खाली जाईल. क्रॉसबारच्या उलट बाजूस पुरेसे प्लॅस्टिकिन संलग्न करा जेणेकरून ते क्षैतिज असेल.

   • याला संतुलन म्हणतात.

5. पाण्याच्या कंटेनरमध्ये सुई किंवा कागदाची क्लिप धाग्यापासून टांगलेली ठेवा.या चरणात पाण्याच्या पृष्ठभागावर सुई ठेवण्यासाठी अतिरिक्त प्रयत्न करावे लागतील. सुई पाण्यात बुडणार नाही याची खात्री करा. कंटेनरमध्ये पाण्याने भरा (किंवा अज्ञात पृष्ठभागावरील ताण असलेले दुसरे द्रव) आणि त्यास टांगलेल्या सुईच्या खाली ठेवा जेणेकरून सुई थेट द्रवाच्या पृष्ठभागावर असेल.

   • सुई धरून ठेवलेली दोरी जागोजागी राहते आणि पुरेशी टणक आहे याची खात्री करा.

6. काही पिन किंवा मोजलेल्या पाण्याच्या थेंबांचे लहान प्रमाणात वजन करा.रॉकर आर्मवरील अॅल्युमिनियम सॉसरमध्ये तुम्ही एक पिन किंवा पाण्याचा थेंब घालाल. या प्रकरणात, पाण्याच्या पृष्ठभागावरून सुई किती वजनावर येईल हे जाणून घेणे आवश्यक आहे.

   • पिन किंवा पाण्याच्या थेंबांची संख्या मोजा आणि त्यांचे वजन करा.
   • एका पिनचे किंवा पाण्याच्या थेंबाचे वजन निश्चित करा. हे करण्यासाठी, एकूण वजन पिन किंवा थेंबांच्या संख्येने विभाजित करा.
   • समजा 30 पिनचे वजन 15 ग्रॅम आहे, नंतर 15/30 = 0.5, म्हणजेच एका पिनचे वजन 0.5 ग्रॅम आहे.

7. पिन पाण्याच्या पृष्ठभागावरून वर येईपर्यंत अॅल्युमिनियम फॉइल सॉसरमध्ये पिन किंवा पाण्याचे थेंब घाला. हळूहळू एका वेळी एक पिन किंवा पाण्याचा थेंब घाला. सुई काळजीपूर्वक पहा जेणेकरुन तो क्षण गमावू नये, जेव्हा लोडमध्ये पुढील वाढ झाल्यानंतर, ती पाण्यातून बाहेर पडते. एकदा सुईने द्रवाच्या पृष्ठभागावर सोडले की, पिन किंवा पाण्याचे थेंब जोडणे थांबवा.

   • बारच्या विरुद्ध टोकावरील सुई पाण्याच्या पृष्ठभागापासून दूर जाण्यापूर्वी पिन किंवा पाण्याच्या थेंबांची संख्या मोजा.
   • निकाल लिहा.
   • अधिक अचूक परिणाम मिळविण्यासाठी प्रयोग अनेक (5 किंवा 6) वेळा पुन्हा करा.
   • प्राप्त परिणामांची सरासरी मोजा. हे करण्यासाठी, सर्व प्रयोगांमधील पिन किंवा थेंबांची संख्या जोडा आणि प्रयोगांच्या संख्येने बेरीज विभाजित करा.

8. पिनची संख्या ताकदीत रूपांतरित करा.हे करण्यासाठी, ग्रॅमची संख्या 0.00981 N/g ने गुणाकार करा. पृष्ठभागाच्या तणावाची गणना करण्यासाठी, आपल्याला पाण्याच्या पृष्ठभागावरून सुई उचलण्यासाठी आवश्यक असलेली शक्ती माहित असणे आवश्यक आहे. तुम्ही मागील चरणात पिनचे वजन मोजले असल्याने, बल निश्चित करण्यासाठी, ते वजन फक्त 0.00981 N/g ने गुणाकार करा.

   • बशीमध्ये ठेवलेल्या पिनची संख्या एका पिनच्या वजनाने गुणाकार करा. उदाहरणार्थ, जर तुम्ही 0.5 ग्रॅम वजनाच्या 5 पिन ठेवल्या तर त्यांचे एकूण वजन 0.5 ग्रॅम/पिन = 5 x 0.5 = 2.5 ग्रॅम असेल.
   • 0.00981 N/g: 2.5 x 0.00981 = 0.025 N च्या घटकाने ग्रॅमच्या संख्येचा गुणाकार करा.

9. परिणामी मूल्ये समीकरणात बदला आणि इच्छित मूल्य शोधा.प्रयोगादरम्यान मिळालेल्या परिणामांचा वापर करून, पृष्ठभागावरील ताण निश्चित केला जाऊ शकतो. सापडलेली मूल्ये फक्त प्लग इन करा आणि निकालाची गणना करा.

   • समजा की वरील उदाहरणात, सुईची लांबी 0.025 मीटर आहे. आम्ही समीकरणामध्ये मूल्ये बदलतो आणि मिळवतो: S = F/2d = 0.025 N/(2 x 0.025) = 0.05 N/m. अशा प्रकारे, द्रवाचा पृष्ठभाग ताण 0.05 N/m आहे.

द्रव–द्रवपदार्थ एकत्रीकरणाच्या अवस्थेतील एक पदार्थ, घन आणि वायू अवस्थांमध्ये मध्यवर्ती स्थान व्यापतो. द्रवाचा मुख्य गुणधर्म, जो त्याला एकत्रीकरणाच्या इतर अवस्थेतील पदार्थांपासून वेगळे करतो, त्याचा आकार व्यावहारिकपणे राखून ठेवताना स्पर्शिक यांत्रिक ताणांच्या प्रभावाखाली त्याचा आकार अमर्यादितपणे बदलण्याची क्षमता आहे, अगदी अनियंत्रितपणे लहान देखील.

द्रव स्थितीबद्दल सामान्य माहिती

द्रव स्थिती सामान्यतः घन आणि वायू दरम्यान मध्यवर्ती मानली जाते: वायू आकार किंवा आकार दोन्ही राखून ठेवत नाही, परंतु घन दोन्ही राखून ठेवते.

द्रव शरीराचा आकार पूर्णपणे किंवा अंशतः निर्धारित केला जाऊ शकतो की त्यांची पृष्ठभाग लवचिक पडद्यासारखी वागते. त्यामुळे थेंबभर पाणी जमा होऊ शकते. परंतु द्रव त्याच्या स्थिर पृष्ठभागाखाली देखील वाहण्यास सक्षम आहे आणि याचा अर्थ असा देखील होतो की फॉर्म (द्रव शरीराचे अंतर्गत भाग) संरक्षित केलेले नाहीत.

द्रव रेणूंना निश्चित स्थान नसते, परंतु त्याच वेळी त्यांना हालचालीचे पूर्ण स्वातंत्र्य नसते. त्यांच्यामध्ये एक आकर्षण आहे, त्यांना जवळ ठेवण्यासाठी पुरेसे मजबूत आहे.

द्रव अवस्थेतील पदार्थ एका विशिष्ट तापमान श्रेणीमध्ये अस्तित्वात असतो, ज्याच्या खाली ते घन अवस्थेत बदलते (क्रिस्टलायझेशन होते किंवा घन आकारहीन अवस्थेत रूपांतर - काच), ज्याच्या वर ते वायू अवस्थेत बदलते (बाष्पीभवन होते). या मध्यांतराच्या सीमा दबावावर अवलंबून असतात.

नियमानुसार, द्रव अवस्थेतील पदार्थात फक्त एक बदल असतो. (सर्वात महत्त्वाचे अपवाद म्हणजे क्वांटम लिक्विड्स आणि लिक्विड क्रिस्टल्स.) म्हणूनच, बहुतेक प्रकरणांमध्ये, द्रव ही केवळ एकत्रीकरणाची स्थिती नाही, तर थर्मोडायनामिक अवस्था (द्रव अवस्था) देखील असते.

सर्व द्रव सामान्यतः शुद्ध द्रव आणि मिश्रणांमध्ये विभागले जातात. काही द्रवपदार्थांचे मिश्रण जीवनासाठी खूप महत्वाचे आहे: रक्त, समुद्राचे पाणीइ. द्रव पदार्थ सॉल्व्हेंट्स म्हणून काम करू शकतात.

भौतिक गुणधर्मद्रव

1 ).तरलता

द्रवपदार्थांचा मुख्य गुणधर्म म्हणजे तरलता. जर समतोल असलेल्या द्रवाच्या भागावर बाह्य शक्ती लागू केली गेली, तर ज्या दिशेने हे बल लागू केले जाते त्या दिशेने द्रव कणांचा प्रवाह उद्भवतो: द्रव प्रवाहित होतो. अशा प्रकारे, असंतुलित प्रभावाखाली बाह्य शक्तीद्रव त्याचे आकार आणि भागांची सापेक्ष व्यवस्था टिकवून ठेवत नाही आणि म्हणून ते ज्या भांड्यात आहे त्या पात्राचा आकार घेतो.

प्लास्टिक सॉलिड्सच्या विपरीत, द्रवाला उत्पन्न मर्यादा नसते: द्रव प्रवाहासाठी अनियंत्रितपणे लहान बाह्य शक्ती लागू करणे पुरेसे आहे.

2).खंड संवर्धन

द्रवाच्या वैशिष्ट्यपूर्ण गुणधर्मांपैकी एक म्हणजे त्याची विशिष्ट मात्रा असते (स्थिर बाह्य परिस्थितीत). द्रव यांत्रिकरित्या संकुचित करणे अत्यंत कठीण आहे कारण, वायूच्या विपरीत, रेणूंमध्ये फारच कमी असते. मोकळी जागा. भांड्यात बंदिस्त द्रवावर टाकलेला दबाव या द्रवाच्या आकारमानातील प्रत्येक बिंदूमध्ये बदल न करता प्रसारित केला जातो (पास्कलचा नियम वायूंसाठी देखील वैध आहे). हायड्रॉलिक मशीनमध्ये अत्यंत कमी कॉम्प्रेसिबिलिटीसह हे वैशिष्ट्य वापरले जाते.

द्रवपदार्थ सामान्यतः गरम केल्यावर आकारमानात (विस्तार) वाढतात आणि थंड झाल्यावर आवाज (कॉन्ट्रॅक्ट) कमी करतात. तथापि, अपवाद आहेत, उदाहरणार्थ, पाणी गरम झाल्यावर, सामान्य दाब आणि तापमानात ते अंदाजे.

3).विस्मयकारकता

याव्यतिरिक्त, द्रव (वायूंसारखे) चिकटपणा द्वारे दर्शविले जातात. एका भागाच्या दुसर्‍या भागाच्या हालचालींना विरोध करण्याची क्षमता - म्हणजेच अंतर्गत घर्षण म्हणून त्याची व्याख्या केली जाते.

जेव्हा द्रवाचे समीप स्तर एकमेकांच्या सापेक्ष हलतात, तेव्हा थर्मल मोशनमुळे होणाऱ्या रेणूंच्या टक्कर अपरिहार्यपणे होतात. अशा शक्ती निर्माण होतात ज्या सुव्यवस्थित हालचालींना प्रतिबंध करतात. या प्रकरणात, ऑर्डर केलेल्या हालचालीची गतिज उर्जा रेणूंच्या गोंधळलेल्या हालचालींच्या थर्मल उर्जेमध्ये बदलते.

जहाजातील द्रव, गतीमध्ये सेट केला जातो आणि त्याच्या स्वतःच्या उपकरणांवर सोडला जातो, हळूहळू थांबेल, परंतु त्याचे तापमान वाढेल.

4).मिसळता

मिश्रता म्हणजे द्रवपदार्थांची एकमेकांमध्ये विरघळण्याची क्षमता. मिसळण्यायोग्य द्रवांचे उदाहरण: पाणी आणि इथाइल अल्कोहोल, अमिसिबल द्रवांचे उदाहरण: पाणी आणि द्रव तेल.

5).मुक्त पृष्ठभाग निर्मिती आणि पृष्ठभाग तणाव

व्हॉल्यूमच्या संवर्धनामुळे, द्रव एक मुक्त पृष्ठभाग तयार करण्यास सक्षम आहे. अशी पृष्ठभाग ही दिलेल्या पदार्थाच्या टप्प्यांमधील इंटरफेस असते: एका बाजूला द्रव अवस्था असते, तर दुसरीकडे वायू अवस्था (स्टीम) असते आणि शक्यतो इतर वायू, उदाहरणार्थ, हवा.

जर एकाच पदार्थाचे द्रव आणि वायूचे टप्पे एकमेकांच्या संपर्कात आले, तर अशी शक्ती निर्माण होते जी इंटरफेस क्षेत्र कमी करतात - पृष्ठभागावरील तणाव शक्ती. इंटरफेस लवचिक पडद्याप्रमाणे वागतो जो आकुंचन पावतो.

6).घनता लाटा

जरी द्रव संकुचित करणे अत्यंत कठीण आहे, तरीही जेव्हा दाब बदलतो तेव्हा त्याची मात्रा आणि घनता बदलते. हे लगेच घडत नाही; म्हणून, जर एक क्षेत्र संकुचित केले असेल, तर अशा प्रकारचे कॉम्प्रेशन विलंबाने इतर भागात प्रसारित केले जाते. याचा अर्थ असा की लवचिक लाटा, विशेषत: घनतेच्या लाटा, द्रव आत पसरू शकतात. घनतेसह, इतर भौतिक प्रमाण, जसे की तापमान, देखील बदलते.

जर, लहरींचा प्रसार होत असताना, घनता थोडीशी बदलली, तर अशा लहरीला ध्वनी लहरी किंवा ध्वनी म्हणतात.

जर घनता जोरदारपणे बदलत असेल तर अशा लहरीला शॉक वेव्ह म्हणतात. शॉक वेव्हचे वर्णन इतर समीकरणांद्वारे केले जाते.

द्रवपदार्थातील घनता लहरी रेखांशाच्या असतात, म्हणजेच तरंगाच्या प्रसाराच्या दिशेने घनता बदलते. आकाराचे संरक्षण न केल्यामुळे द्रवामध्ये ट्रान्सव्हर्स लवचिक लहरी नसतात.

द्रवपदार्थातील लवचिक लाटा कालांतराने क्षीण होतात, त्यांची उर्जा हळूहळू थर्मल उर्जेमध्ये बदलते. क्षीणतेची कारणे म्हणजे स्निग्धता, “शास्त्रीय अवशोषण”, आण्विक विश्रांती आणि इतर. या प्रकरणात, तथाकथित द्वितीय, किंवा व्हॉल्यूमेट्रिक व्हिस्कोसिटी कार्य करते - जेव्हा घनता बदलते तेव्हा अंतर्गत घर्षण होते. शॉक वेव्ह, क्षीणतेच्या परिणामी, काही काळानंतर ध्वनी लहरीमध्ये बदलते.

द्रवातील लवचिक लाटा देखील रेणूंच्या अव्यवस्थित थर्मल हालचालींमुळे उद्भवणार्‍या असमानतांद्वारे विखुरण्याच्या अधीन असतात.

द्रवपदार्थांची रचना

द्रव माध्यमांमधून जात असताना क्ष-किरण विवर्तन आणि न्यूट्रॉन फ्लक्स यांच्या निरीक्षणावर आधारित पदार्थाच्या द्रव अवस्थेच्या प्रायोगिक अभ्यासाने, क्ष-किरणांच्या अवस्थेचे अस्तित्व शोधून काढले आहे. अल्प-श्रेणी ऑर्डर, म्हणजे कोणत्याही निवडलेल्या स्थानापासून थोड्या अंतरावर कणांच्या व्यवस्थेमध्ये काही क्रमाची उपस्थिती (चित्र 140).

द्रवांमध्ये शेजारच्या कणांची परस्पर व्यवस्था क्रिस्टल्समधील शेजारच्या कणांच्या क्रमबद्ध व्यवस्थेसारखीच असते. तथापि, द्रवपदार्थांमध्ये हा क्रम केवळ लहान खंडांमध्येच साजरा केला जातो. अंतरावर: काही निवडलेल्या "केंद्रीय" रेणूपासून, क्रम विस्कळीत होतो (रेणूचा प्रभावी व्यास आहे). द्रवपदार्थांमधील कणांच्या व्यवस्थेतील अशा क्रमाला शॉर्ट-रेंज ऑर्डर म्हणतात. .

दीर्घ-श्रेणीच्या कमतरतेमुळे, काही अपवाद वगळता, स्फटिकांचे अॅनिसोट्रॉपी वैशिष्ट्य प्रदर्शित करत नाहीत. या कारणास्तव, द्रवाच्या संरचनेला कधीकधी क्वासिक्रिस्टलाइन किंवा क्रिस्टल सारखी म्हणतात .

प्रथमच, द्रव (विशेषत: धातू वितळणे) आणि क्रिस्टलीय घन पदार्थांच्या काही गुणधर्मांच्या समानतेची कल्पना व्यक्त केली गेली आणि नंतर 1930-1940 च्या दशकात सोव्हिएत भौतिकशास्त्रज्ञ Ya.I. Frenkel यांच्या कार्यात विकसित केली गेली. फ्रेंकेलच्या मतानुसार, ज्याला आता सार्वत्रिक मान्यता प्राप्त झाली आहे, द्रवातील अणू आणि रेणूंच्या थर्मल गतीमध्ये अनियमित कंपनांचा समावेश असतो ज्याची सरासरी वारंवारता क्रिस्टलीय शरीरातील अणूंच्या कंपनांच्या वारंवारतेच्या जवळ असते. दोलनांचे केंद्र शेजारच्या कणांच्या बल क्षेत्राद्वारे निर्धारित केले जाते आणि या कणांच्या विस्थापनांसह बदलते.

सोप्या पद्धतीने, एका तात्पुरत्या समतोल स्थितीतून दुस-या स्थानापर्यंत कणांच्या तुलनेने दुर्मिळ उडी आणि उडींमधील मध्यांतरांमध्ये थर्मल दोलनांची सुपरपोझिशन अशा थर्मल गतीची कल्पना करू शकते. ठराविक समतोल स्थितीजवळ द्रव रेणूच्या “स्थायिक” राहण्याच्या सरासरी वेळेला म्हणतात. विश्रांतीची वेळ.कालांतराने, रेणू त्याचे समतोल स्थान बदलतो, अकस्मात एका नवीन स्थितीकडे जातो, रेणूंच्या आकाराच्या क्रमाच्या अंतराने मागील स्थितीपासून विभक्त होतो. अशा प्रकारे, रेणू द्रव आत हळूहळू हलतो. वाढत्या तापमानासह, वेळ कमी होतो, रेणूंची गतिशीलता वाढते, ज्यामुळे द्रवपदार्थांच्या चिकटपणात घट होते (द्रवता वाढते). Ya.I. फ्रेंकेलच्या अलंकारिक अभिव्यक्तीनुसार, रेणू संपूर्ण द्रवपदार्थात भटकतात, भटक्या जीवनशैलीचे नेतृत्व करतात, ज्यामध्ये अल्पकालीन हालचालींची जागा तुलनेने दीर्घकाळापर्यंत बसून राहते.

अनाकार घन पदार्थ (काच, रेजिन, बिटुमेन, इ.) सुपर कूल केलेले द्रव मानले जाऊ शकतात, ज्याच्या कणांमध्ये त्यांच्या मोठ्या प्रमाणात वाढलेल्या चिकटपणामुळे त्यांची गतिशीलता मर्यादित असते.

द्रव अवस्थेच्या कमी क्रमामुळे, द्रवांचा सिद्धांत वायू आणि क्रिस्टलीय घन पदार्थांच्या सिद्धांतापेक्षा कमी विकसित झाला आहे. अद्याप द्रवपदार्थाचा कोणताही पूर्ण सिद्धांत नाही.

विशिष्ट प्रकारचे द्रव म्हणजे विशिष्ट सेंद्रिय संयुगे असतात ज्यात लांबलचक किंवा डिस्क-आकाराचे रेणू किंवा तथाकथित द्रव क्रिस्टल असतात. अशा द्रवांमधील रेणूंमधील परस्परसंवादामुळे रेणूंच्या लांब अक्षांना एका विशिष्ट क्रमाने संरेखित केले जाते. उच्च तापमानात, थर्मल हालचाल हे प्रतिबंधित करते आणि पदार्थ एक सामान्य द्रव आहे. गंभीर पेक्षा कमी तापमानात, एक पसंतीची दिशा द्रव मध्ये दिसते आणि दीर्घ-श्रेणी ओरिएंटेशनल ऑर्डर उद्भवते. द्रवाची मूलभूत वैशिष्ट्ये टिकवून ठेवताना, उदाहरणार्थ, तरलता, द्रव क्रिस्टल्समध्ये घन क्रिस्टल्सचे वैशिष्ट्यपूर्ण गुणधर्म असतात - चुंबकीय, विद्युत आणि अॅनिसोट्रॉपी ऑप्टिकल गुणधर्म. हे गुणधर्म (तरलतेसह) असंख्यात आढळतात तांत्रिक अनुप्रयोग, उदाहरणार्थ, इलेक्ट्रॉनिक घड्याळे, कॅल्क्युलेटर, मोबाइल फोन, तसेच वैयक्तिक संगणक मॉनिटर्स, टेलिव्हिजनमध्ये, निर्देशक म्हणून, स्कोरबोर्ड आणि डिजिटल, वर्णमाला आणि अॅनालॉग माहिती प्रदर्शित करण्यासाठी स्क्रीन.

पृष्ठभाग तणाव

द्रवपदार्थांचे सर्वात मनोरंजक वैशिष्ट्य म्हणजे उपस्थिती मुक्त पृष्ठभाग. द्रव पृष्ठभागाशी जोडलेले आहे मुक्त ऊर्जा, द्रवाच्या मुक्त पृष्ठभागाच्या क्षेत्रफळाच्या प्रमाणात: . पृथक प्रणालीची मुक्त उर्जा कमीत कमी असल्याने, द्रव (बाह्य क्षेत्रांच्या अनुपस्थितीत) कमीतकमी पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ असलेले स्वरूप धारण करते. अशा प्रकारे, द्रवाच्या आकाराची समस्या दिलेल्या अतिरिक्त परिस्थितींमध्ये (प्रारंभिक वितरण, खंड इ.) आयसोपेरिमेट्रिक समस्येत कमी होते. एक मुक्त थेंब गोलाचा आकार घेतो, परंतु अधिक जटिल परिस्थितीत द्रव पृष्ठभागाच्या आकाराची समस्या अत्यंत कठीण होते.

द्रव, वायूंच्या विपरीत, ज्या कंटेनरमध्ये ते ओतले जाते त्या कंटेनरची संपूर्ण मात्रा भरत नाही. द्रव आणि वायू (किंवा वाष्प) यांच्यामध्ये इंटरफेस तयार होतो, जो उर्वरित द्रवाच्या तुलनेत विशेष स्थितीत असतो. द्रवाच्या सीमावर्ती थरातील रेणू, त्याच्या खोलीतील रेणूंप्रमाणे, सर्व बाजूंनी समान द्रवाच्या इतर रेणूंनी वेढलेले नसतात. शेजारच्या रेणूंमधून द्रवाच्या आत असलेल्या एका रेणूवर कार्य करणार्‍या आंतरआण्विक परस्परसंवादाची शक्ती, सरासरी, परस्पर भरपाई दिली जाते (चित्र 141).

परंतु सीमा थराच्या रेणूंसह सर्व रेणू समतोल स्थितीत असले पाहिजेत. हे समतोल पृष्ठभागावरील रेणू आणि द्रव आतल्या त्यांच्या जवळच्या शेजारी यांच्यातील अंतर किंचित कमी करून साध्य केले जाते. रेणूंमधील अंतर कमी झाल्यावर तिरस्करणीय शक्ती निर्माण होतात. पृष्ठभागावरील रेणू काहीसे अधिक घनतेने पॅक केलेले असतात, आणि म्हणून त्यांना अंतर्गत रेणूंच्या तुलनेत संभाव्य ऊर्जेचा अतिरिक्त पुरवठा असतो. त्यामुळे, द्रवाच्या पृष्ठभागावरील रेणूंमध्ये द्रवाच्या आत असलेल्या रेणूंच्या तुलनेत जास्त संभाव्य ऊर्जा असते, मुक्त ऊर्जा समान. .अशा प्रकारे, द्रवाच्या पृष्ठभागाची संभाव्य ऊर्जा त्याच्या क्षेत्रफळाच्या प्रमाणात असते: .

यांत्रिकीवरून हे ज्ञात आहे की प्रणालीच्या समतोल स्थिती त्याच्या संभाव्य उर्जेच्या किमान मूल्याशी संबंधित असतात, म्हणजे. द्रवाच्या मुक्त पृष्ठभागामुळे त्याचे क्षेत्रफळ कमी होते. द्रव असे वर्तन करतो की जणू त्याच्या पृष्ठभागावर स्पर्शिकपणे कार्य करणारी शक्ती या पृष्ठभागावर आकुंचन पावत आहे (खेचत आहे). या शक्तींना म्हणतात पृष्ठभाग तणाव शक्ती .