ካፒታልሪቲ

የመተሳሰር እና የመጣበቅ ኃይል

የመተሳሰር ኃይል በተመሳሳይ ንጥረ ነገር ውስጥ ባሉ ሞለኪውሎች መካከል የመሳብ ኃይል ሲሆን፣ እኩል ባልሆነ ንጥረ ነገር ሞለኪውሎች መካከል ያለው የመሳብ ኃይል የመተሳሰር ኃይል ይባላል። ለምሳሌ፣ ውሃ ወደ ብርጭቆ እናፈስሳለን። የመተሳሰር ኃይል የሚከሰተው የውሃ ሞለኪውሎች እርስ በእርስ ሲሳቡ ሲሆን፣ የመተሳሰር ኃይል ደግሞ የውሃ ሞለኪውሎች እና የመስታወት ሞለኪውሎች እርስ በእርስ ሲሳቡ ነው።

የእውቂያ አንግል

የካፒላሪቲ ጽንሰ-ሀሳብን ከመማራችን በፊት፣ የማጣበቅ ኃይል እና የመዋሃድ ኃይል በካፒላሪቲ ላይ የሚያሳድረው ተጽዕኖ በመጀመሪያ እንረዳለን። ለምሳሌ፣ በመስታወት ውስጥ ያለውን ፈሳሽ እንገመግማለን። የፈሳሽ ሞለኪውሉ የመዋሃድ ኃይል ከማጣበቅ ኃይል (በፈሳሽ ሞለኪውሉ እና በመስታወቱ ሞለኪውል መካከል ካለው የመሳብ ኃይል) የበለጠ ጠንካራ ሲሆን የፈሳሽ ወለል ወደ ላይ የሚወጣ ኩርባ ይፈጥራል። የዚህ ጉዳይ ምሳሌ ውሃው በመስታወት ውስጥ ሲሆን ነው። ብዙውን ጊዜ ውሃ የመስታወቱን ወለል እንደሚስብ ይነገራል። በተቃራኒው፣ የማጣበቅ ኃይል ጠንካራ ከሆነ የፈሳሹ ወለል ወደ ታች ይጠመዳል። ለምሳሌ፣ ሜርኩሪ በመስታወት ውስጥ ሲሆን።

በኩርባው የተፈጠረው አንግል የመገናኛ አንግል ይባላል። የፈሳሽ ውህደት ኃይል ከማጣበቅ ኃይል ከፍ ባለ ጊዜ የተፈጠረው የመገናኛ አንግል በአጠቃላይ ከ90 ያነሰ ነው።^o (ምስል ሀ)። በተቃራኒው፣ የማጣበቅ ኃይል ከፈሳሽ ውህደት ኃይል ከፍ ያለ ከሆነ፣ የተፈጠረው የመገናኛ አንግል ከ90 ይበልጣል።^o (ምስል ለ)። የማጣበቅ ኃይሎች እና የመተሳሰር ኃይሎች በንድፈ ሀሳብ ለማስላት አስቸጋሪ ናቸው፣ ነገር ግን የመገናኛ ማዕዘኖች ሊለኩ ይችላሉ። ከካፒላሪቲ ጋር ምን ግንኙነት አለው?

የካፒላሪቲ ጽንሰ-ሀሳብ

የፈሳሹ ውህደት ኃይል ከማጣበቅ ኃይል የሚበልጥ ከሆነ የፈሳሹ ወለል ወደ ላይ ይጠመዳል። ቀጭን ቱቦ ወይም ቧንቧ (ከእቃው ዲያሜትር ያነሰ ቱቦ) ስናስገባ፣ በመያዣው ውስጥ ያለው ፈሳሽ በቧንቧ አምድ በኩል ይወጣል። ይህ የሆነበት ምክንያት በቱቦው ግድግዳ ላይ ያለው የጠቅላላው የገጽታ ውጥረት ኃይል ወደ ላይ ስለሚሠራ ነው። አንድ ፈሳሽ ሊያገኘው የሚችለው ከፍተኛው ቁመት የገጽታ ውጥረት ኃይል በቧንቧው ውስጥ ካለው ፈሳሽ ክብደት ጋር እኩል ሲሆን ነው። ስለዚህ፣ ፈሳሹ ወደ ከፍታ ሊወጣ የሚችለው የገጽታ ውጥረት ኃይል በቧንቧው ውስጥ ካለው ፈሳሽ ክብደት ጋር ሲመጣጠን ብቻ ነው።

በተቃራኒው፣ የማጣበቅ ኃይሉ ከፈሳሽ ውህደት ኃይል የሚበልጥ ከሆነ፣ የፈሳሹ ወለል ወደ ታች ይጠመዳል። ቀጭን ቱቦ ወይም ቧንቧ (ከእቃው ያነሰ ዲያሜትር ያለው ቧንቧ) ስናስገባ፣ የፈሳሹን የታችኛው ክፍል ይፈጥራል (ከታች ያለውን ሥዕል ይመልከቱ)።

ይህ ተጽእኖ ካፒላሪ በመባል የሚታወቀው ሲሆን ቀጭኑ ቱቦ ደግሞ ካፒላሪ ቱቦ ይባላል። ትናንሽ የደም ስሮቻችን ካፒላሪ ቧንቧዎች ተብለው ሊጠሩ እንደሚችሉ ያስታውሱ ምክንያቱም በትናንሽ የደም ስሮች ውስጥ ያለው የደም ዝውውር የሚከሰተው በካፒላሪ ተጽዕኖ ምክንያት ነው። በተመሳሳይ፣ የሰም ወይም የኬሮሲን መቅለጥ በዘንግ በኩል እየጨመረ የመምጣቱ ክስተት። በተጨማሪም፣ ካፒላሪቲ ውሃ እና ገንቢ ንጥረ ነገሮች ከሥሩ ወደ ቅጠሎቹ በክሲለም መርከቦች በኩል በሚተላለፉበት ጊዜ ወሳኝ ሚና እንደሚጫወት ይታመናል። ካፒላሪቲ ከሌለ፣ የአፈር ወለል ከዝናብ በኋላ ወዲያውኑ ይደርቃል። ሌላው የካፒላሪቲ ጉልህ ውጤት ውሃ በአፈር ቅንጣቶች መካከል ባለው ክፍተት ውስጥ መቆየቱ ነው።

የካፒላሪቲ እኩልታ

በካፒላሪ ቧንቧ አምድ በኩል የሚወጣውን የውሃ ቁመት እንዴት ማወቅ እንችላለን? በካፒላሪ ቧንቧ አምድ ውስጥ ያለው የፈሳሽ መጨመር፣ እስከ ቁመቱ h ድረስ ራዲየስ r አለው። ፈሳሹን በከፍታ h ላይ ለማቆየት የሚሠራው ኃይል የገጽታ ውጥረት ኃይል አካል ነው፡ F cos θ።

የካፒላሪ ቱቦው የላይኛው ክፍል ክፍት ስለሆነ በፈሳሹ ወለል ላይ የከባቢ አየር ግፊት እንዲኖር ያደርጋል። በፈሳሹ እና በቧንቧው መካከል ያለው የንክኪ ወለል ርዝመት 2πr (ክብ) ነው። ስለዚህ፣ በመገናኛው ወለል ላይ የሚሰሩት ቀጥ ያሉ ክፍሎች የገጽታ ውጥረት ኃይል መጠን፡

F = የገጽታ ውጥረት ኃይል፣ γ = የገጽታ ውጥረት፣ r = የካፒላሪ ቱቦ ራዲየስ፣ θ = የመገናኛ አንግል

የተጠማዘዘው ወደ ላይ ያለው ወለል ችላ ከተባለ፣ በቧንቧው ውስጥ ያለው የፈሳሽ መጠን፦

የፈሳሽ መጠን = የቧንቧው ወለል x የፈሳሹ ቁመት

ቪ = ኤ ሸ

V = (π r ² ) h

የገጽታ ውጥረት ኃይል አቀባዊ ክፍል በካፒላሪ ቱቦ ውስጥ ካለው የፈሳሽ አምድ ክብደት ጋር ሚዛናዊ ከሆነ፣ ፈሳሹ እንደገና ሊነሳ አይችልም። በሌላ አነጋገር፣ የገጽታ ውጥረት ኃይል አቀባዊ ክፍል ከፈሳሹ ክብደት ጋር ሚዛናዊ ከሆነ ፈሳሹ ከፍተኛውን ቁመት ይደርሳል፣ እስከ h ድረስ። የገጽታ ውጥረት ኃይል አቀባዊ አካል፡

F = γ 2 π r cos θ

በካፒላሪ ቧንቧ ውስጥ ያለው ፈሳሽ ክብደት፡

ወ = mg

w = ρ V g

w = ρ (π r ² ሰዓት) g

ፈሳሹ ከፍተኛውን ቁመት (h) ሲደርስ፣ የገጽታ ውጥረት ኃይል ቋሚ አካል በካፒላሪ ቱቦ ውስጥ ካለው ፈሳሽ ክብደት ጋር እኩል መሆን አለበት። በሂሳብ፣ የተጻፈው

የምንፈልገው እኩልታ ይህ ነው። የፈሳሽ አምድ ቁመትን ለመወሰን ከፈለጉ፣ እባክዎን ይህንን እኩልታ መጠቀም ያስቡበት።